Die Expedition ANTARKTIS-XI13 mit FS ,,Polarsternw 1994

The Expedition ANTARKTIS-X113 of RV "Polarstern" in 1994

Herausgegeben von Heinz Miller und Hannes Grobe mit Beiträge der Fahrtteilnehmer

Ber. Polarforsch. 188 (1996) ISSN 01 76 - 5027

Fahrtabschnitt ANT-XI13 (Punta Arenas . Kapstadt)

EINFUHRUNG ........................................................................... Zusammenfassung

............................................................................................. Summary Meteorologische Beobachtungen ..................................................

MARINE GEOPHYSIK ............................................................................................... Seismik

......................................................................................... Gravimetrie ............................................................................................. Magnetik

MARINE GEOLOGIE ................................................................................. Sedimentologie

......................................................................................... Geochemie ........................................................................................ Bathymetrie

SEA ICE General ice conditions ..................................................................... Properties of sea ice and snow ...................................................... Remote sensing ................................................................................

BIOLOGIE ............................................................................... Benthosökologi

Zooplankton .......................................................................................

LUFTCHEMIE Dimethylsulfid in Luft und Seewasser .......................................... Konzentration von Wolkenkondensationskernen ......................

UNTERSUCHUNGEN DER WASSERSAULE Ozeanographie ................................................................................. Halogenated hydrocarbons ............................................................

............................................................................................... Biooptik

ARBEITEN AN LAND Geographie San Martin .................................................................. Geographie Horseshoe Island ...................................................... Geologie Horseshoe Island & Antarktische Halbinsel .............. Turbulenzexperiment bei GvN ....................................................... Geologische Expedition in die Heimfrontfjella ...........................

ANHANG ...................................................................................... Stationsliste

Karten und Profile ............................................................................ Beteiligte Institute ............................................................................. Fahrtteilnehmer ................................................................................ Schiffspersonal ................................................................................

1 . I Zusammenfassung

Polarstern lief am 14. Januar von Punta Arenas aus und unterstützt zunächs einige Arbeiten an Land im Bereich der Antarktischen Halbinsel. Anschließen wurden marine Geophysik und Geologie, sowie ozeanographische und biologische Arbeiten im Bellingshausen- und Amundsenmeer durchgefuhrt.

Das marine Forschungsprogramm fand seinen Schwerpunkt in geophysikalischen Untersuchen im Bereich der kontinentalen Berandung der westlichen Antarktis. In Abhängigkei von der Eissituation wurden seismische, magnetische und gravimetrische Messungen durchgefuhrt, um die Strukturen der Erdkruste und ihrer sedimentäre Bedeckung aufzulöse und so einen Beitrag zur Bestimmung der geologischen Entwicklung wie auch zur Rekonstruktion der Klimageschichte zu leisten. Diese Arbeiten stellten einen Teil des ANTALITH Projektes dar. Das geophysikalische Programm wurde durch ein marin-geologisches ergänzt das durch die Beprobung oberflächennahe Sedimente rezente glazial-marine Sedimentationsprozesse erfaßt und Kernmaterial zur Untersuchung der jüngste Klimageschichte gewann. Die Verbindung zwischen der oberflächennahe Beprobung und den tieferen sedimentäre Stockwerken wurde durch sedimentechographische Untersuchungen mit Hilfe des PARASOUND-Systems hergestellt. Eine kontinuierliche bathymetrische Vermessung entlang der Schiffskurse oder flächenhaf in ausgewählte Gebieten mit dem Fächerecholo HYDROSWEEP vervollständigt die geowissenschaftlichen Arbeiten.

Untersuchungen des Meereises vor Ort mit Hilfe von geophysikalischen Verfahren dienten der Kontrolle von ERS-1 Altimeter- und Radarbilddaten und lieferten zusammen mit den verfügbare Satel l i tendatensätze und Fernerkundungsverfahren ein Bild der kinematischen und dynamischen Veränderunge des Meereises. Gleichzeitig wurden Studien der optischen Eigenschaften des Meereises durchgeführt um die Licht- und Energiebilanz in Ihrer Bedeutung fü Lebensgemeinschaften in und unter dem Meereis quantitativ abschätze zu können

Die biologischen Arbeiten währen ANT-XI13 hatten weitgehend erkundenden Character, da, wie in allen Disziplinen, Neuland untersucht wurde. So waren die Arbeiten darauf ausgerichtet, die Verbreitung der benthischen und neritischen Arten und ihre Ökologi zu studieren. Spezielle Studien waren dem Krill und den Copepoden gewidmet.

Die Aktivitäte an Land konzentrierten sich auf den Bereich der Horseshoe Insel, wo zum einen Gesteinsproben hohen Alters entnommen wurden, zum andern prozess-orientierte geomorphologische Studien als Bodenkontrolle fü ERS-1 SAR Datensätz ausgeführ wurden.

Die Rückreis wurde fü weitere profilierende Messungen genutzt, auch wurden in ausgewählte Gebieten im Bereich des antarktischen und subtropischen Frontensystems pre-site surveys fü künftig ODP-Bohrungen durchgefuhrt. Polarstern beendete die Expedition ANT-XI13 am 25. Mär in Kapstadt. Der Fahrtbericht umfaß auch die gleichzeitig durchgeführte Arbeiten im Bereich des Ekströ Schelfeises und der Heimefrontfjella.

1.2 Summary

Polarstern" left Punta Arenas for leg ANT-XI13 on January 14th, 1994 and went first to the area of the Antarctic peninsula to support various land based activities. Later the ship will proceeded to Bellingshausen and Amundsen sea for the primary research objectives.

The main objective of this leg were marine geophysical research to study the crustal structure at the western margin of the Antarctic continent. This was achieved by combined land-sea deep seismic sounding experiments using recording instruments on the inland ice as well as ocean bottom seismographs. At the Same time multichannel seismic reflection lines were observed over the shelf and the adjacent deep sea areas in order to resolve the sedimentary cover and through to gain the understanding of the depositional history especially during the Cenozoic. While the deep seismic sounding experiments were part of the ANTALITH Project the studies of the sedimentary cover also increased our understanding of the history of Antarctic glaciation because the major advance and retreat Stages are documented in the sediments.

The geophysical studies were supplemented by marine geological sampling of transects perpendicular to the margin from the deep sea to the shelf environment. A link to the deeper sedimentary structures was established through sediment echography using the PARASOUND System. Sampling of the topmost part of the sediments allows the study of recent glacial marine sedimentation processes. Continuous bathymetric measurements generally along the ships tracks or in areal mode within selected areas using the On board HYDROSWEEP multibeam echo sounder enhanced the geophysical component of the cruise.

Ground truth studies for ERS-1 altimeter and SAR-data over the sea ice together with various satellite data Sets provided a detailed picture of the kinematic and dynamic variations of the sea ice in that area and improved satellite data Interpretation. At the same time studies of the optical properties of sea ice were carried out in order to understand light and energy transmission and their relevance to the in ice as well as sub ice biological communities. Biological research during the cruise was more of an exploratory character, since very little was known about marine life in the investigation area. The studies helped to understand the benthic as well as the neritic ecology. In the neritic Zone special emphasis was given on studies of Krill and Copepods.

The land based activities concentrated on the area of Horseshoe Island and included geological sampling of rock formations of a high age Process oriented geomorphological studies were done as ground truthing experiments for the ERS-1 SAR data sets. Part of the cruise track back to Capetown through the polar frontal system in the South Atlantic was used as a pre-site survey for future ODP-sites The Polarstern cruise ANT-XI13 ended in Capetown on March 27th. The cruise report includes additional activities at the German wintering over base Neumayer respectively in Heimefrontfjella.

Abb. 1: Fahrtroute von FS "Polarstern" auf ANT-XI13 irn Bellingshausen- und Arnundsenrneer Fig. 1: Cruise track of RV "Polarstern" during Leg ANT-XI13 in the Bellingshausen and

Arnundsen Seas

Abb. 2: Fahrtroute von FS "Polarstern" auf ANT-XI13 irn Weddellrneer Fig. 2: Cruise track of RV "Polarstern" during Leg ANT-XI13 in the Weddell Sea

I .3 Meteorologische Beobachtungen (Rod)

Das westantarktische Operationsgebiet lag durchweg im Bereich der subantarktischen Tiefdruckrinne, und zwar im wesentlichen etwas südlic von deren etwa zwischen 65' und 70' S verlaufenden meridionalen Achse. Das zeigte sich auch deutlich in den bei weitem überwiegende östliche Windrichtungen, dem Monatsmittel des Luftdrucks von 980 hPa, der Seltenheit von sonnigen Tagen und der Häufigkei von Schneefällen Die Niederschläg waren westlich der Halbinsel wesentlich zahlreicher und auch merklich ergiebiger als übe dem Weddellmeer. Die dort und übe der Halbinsel nicht seltenen stabilen Hochdrucklagen blieben im Westen nahezu ganz aus. Die Konstituenten der subpolaren Tiefdruckrinne könne als Turbulenzelemente einer verwirbelten Westdrift angesehen werden. Das Verhalten dieser individuellen Tiefs hatte fast chaotischen Charakter, sowohl in der Verlagerung wie auch in den lntensitätsänderunge Sie bestimmten die Variabilitä des tägliche Wetterablaufes, der im große und ganzen noch deutlich sommerliches Gepräg zeigte, wie die mittlere Windgeschwindigkeit im Februar von nur 20 Knoten entsprechend einer Windstärk von 5 Bfl'beweist.

Gefühlsmäà wirkten die westantarktischen Wirbel wesentlich weniger organisiert und kalkulierbar als die Strömungsmuste des Weddellmeeres, worunter jede Prognose zu leiden hatte. Dreimal allerdings entwickelten sich Sturmlagen, die als typisch beschrieben werden sollen: Der erste und schwerste Sturm der ganzen Reise erfaßt " P o l a r ~ t e r n ~ ~ am 30. Januar westlich der Halbinsel nahe der argentinischen Station San Martin. Ein auf 60' §-Breit ostwärt ziehendes Tief erzeugte übe der Halbinsel eine nordöstlich Strömung die ihrerseits in Lee der südliche Hochgebirge dynamisch ein kleines Lee-Tief induzierte. Dadurch wiederum wurde das auslösend Tief von seiner Zugbahn nach Südoste abgelenkt, wo es sich mit dem Lee-Tief vereinigte und den Sturm in einer Art positiver Rückkopplun mit erhöhte Energie anfachte. Es handelte sich dabei offensichtlich um einen Föhnsturm Die relative Feuchte sank auf 40 %, die aufgelockerte Bewölkun zeigte schön Lenticularis-Strukturen, währen die Ostflanke der Halbinsel durch eine Föhnmaue zugestaut war. Fast den ganzen Tag hielt Windstärk 10 an mit einem absoluten Maximum von 85 Knoten. Wie weit an diesem Ereignis auch katabatische Effekte beteiligt waren, kann nicht beurteilt werden. Stürmische nördliche Wind vom 4. bis zum 7. Februar lieà sich hingegen als reiner Gradientwind ohne Modifizierung durch die Topographie erklären Das verantwortliche Tief war auch diesmal so wie im vorhergehenden Fall in den Satellitenbildern nicht durch eine deutliche Zirkulation markiert, ein Umstand, der des Öfiere zu beobachten war und die Analyse gravierend erschwerte. Am I I . und 12. Februar handelte es sich bei dem stürmische SE-Wind zweifelsfrei um eine rein katabatisch angetriebene Strömung die allenfalls geostrophisch in Gang gesetzt worden war. Sie hatte Bora-Charakter und lieà die Temperatur auf -lO° sinken. Außerhal dieser Starkwindperioden wurde höchsten kurzzeitig in Böe 8 Bft erreicht. So z.B. in der Nacht zum 6,3., wo ein unscheinbares Tief nach Norde8 übe das Schiff hinwegzog und einen Kaltluftvorstoà einleitete (-1 1°C) Dieser Wirbel hatte Ähnlichkei mit einem "Polar Low", das sich an der Eiskante durch ablandigen Wind gebildet haben könnte war aber wohl doch zu groß um diesen Namen zu verdienen.

Die Graphiken (Abb. 3) geben die Verhältniss im Februar wieder, auf den die Forschungsarbeiten im wesentlichen konzentriert waren. An- und Abreise zur und von der Westantarktis wurden bewuß nicht aufgenommen, da eine Statistik dann

ANT 11/3 Verteilung der Windrichtungen

N NE E SE S SW ' W NW Windrichtungen Februar I 994

ANT 1113 Verteilung der Windstirken

Windstärke in Bft-fü Februar 1994

Abb. 3: Häufigkeitsverteilun der Windrichtungen und Windstärke im Februar 1994 Fig. 3: Frequency distribution of wind direction and wind strength during February 1994

ihren Sinn weitgehend verloren hätte In der ersten Märzhälf auf der Rückfahr zur Halbinsel herrschten bei unveränderte Druckniveau gänzlic andere Strömungsverhältnis (in den Graphiken nicht mehr enthalten).

Die Dominanz der Ostkomponenten war verschwunden und durch ein deutliches Vorherrschen von Winden aus dem Westquadranten ersetzt (übe 50%). "Polarstern" fuhr somit schon etwas nördlic der Achse der Tiefdruckrinne, deren Einzelzirkulationen weiterhin ziemlich harmlos blieben. Eine von der numerischen Prognose fü die Halbinsel vorhergesagte Orkanzyklone erwies sich zwar als richtig lokalisiert, aber nicht so intensiv wie erwartet und brachte "nur" Windstärk 8-9 Bft, so daà die letzten Flüg bei der Station Jubany ohne ernste Probleme durchgeführ werden konnten, Bald nach Verlassen der Halbinsel brach das Starkwindfeld zusammen und zum ersten Mal seit vierzig Tagen stieg der Luftdruck am 14.3. wieder etwas übe 1000 hPa an.

2. MARINE GEOPHYSIK

2.1 Seismik (Gohl, Miller, Fechner, Hübscher Weigelt, Oszko, Martens, Vanneste, Maes, Lambrecht, Nitsche, Böckmann Kösters Tryggvason)

Das Schwerpunktprogramm dieses Fahrtabschnitts bestand aus der Erkundung der oberen und unteren Erdkruste im Gebiet des geophysikalisch eher unbekannten Bellingshausen- und Amundsenmeeres und ihrer Schelfgebiete mit seismischen Methoden. Vierzehn Wissenschaftler waren an diesem intensiven Programm beteiligt, darunter zwei Teilnehmer vom Renard Centre of Marine Geology (RCMG) aus Gent, Belgien, und ein Teilnehmer vom Institute of Solid Earth Physics, Uppsala University, Schweden.

Re flexionsseismik

Die Profile (Abb. 4 und 5) wurden nach folgenden Gesichtspunkten ausgewählt

- Tiefenseismische Schnitte erstrecken sich vom kontinentalen Schelf übe den Kontinentalhang in die Tiefseebene zur Erkundung der tektonischen und sedimentologischen Entwicklung des heutigen passiven Kontinentalrandes von der Marguerite Bay zum zentralen Amundsenmeer. Seit Ende der Subduktion der pazifischen ozeanischen Kruste entlang der antarktischen Halbinsel sind die Kompressionsstrukturen weitgehend von glazialbedingter Sedimentation und Subsidenz überprä worden. Mit Hilfe unserer Profile könne wir die Relikte der Kompressionsstrukturen des Grundgebirges und der Akkretionssedimente kartieren. Die Lagerung der progradierenden Sedimentschichten auf dem Schelf und Schelfhang geben uns Aufschluà übe den Fortschritt und Rückzu der glazialen Ausbreitung entlang der antarktischen Halbinsel. In Abhängigkei von der Eisbedeckung wurden insgesamt fün reflexionsseismische Profile quer zum Kontinentalhang geschossen, davon zwei westlich der Marguerite Bay (AWI- 94002 & 94003), zwei im nördliche Bellingshausenmeer in Richtung auf Peter I. lsland zu (AWI-94030 & 94040) und ein Profil im östliche Amundsenmeer (AWI- 94042).

- Die Kartierung des Sedimentbeckens und der Grundgebirgsstrukturen im inneren Schelfbereich des zentralen Bellingshausenmeeres war ein weiteres Expedi- tionsziel. Profil AWI-94010 ist primä ein Refraktionsprofil mit begleitender

Reflexionsseismik niedriger Überdeckun zur Erkundung der Krustenmächtigkei und -struktur entlang des Ronne Entrance. Mit dem Profil AWI-94020 erkundeten wir die Sedimentstrukturen und ~rosionsmustei auf dem inneren Schelf quer zum Ronne Entrance und sub-parallel zum Streichen des Kontinentalrandes.

- Die Erkundung der Tiefseebene westlich von Peter I. lsland beinhaltete ein langes Profil (AWI-94041), das sich vom Bereich der vulkanischen Insel- und Seamount- Kette, die sich von Peter I. lsland zu den De Gerlache Seamounts erstreckt, übe eine, von Satelliten-Altimetriedaten abgeleitete, markante Schwereanomalie westlich von Peter I. lsland hinweg erstreckt. Ein zusätzliche Profil (AWI-94043) senkrecht zur Streichrichtung und übe den zentralen Bereich der Anomalie liefert uns ein genaueres, dreidimensionales Abbild der Krustenstrukturen.

- Ein tiefenseismischer Schnitt von der Seamount-Region des Amundsen Rücken übe das bisher nicht kartierte zentrale Amundsenmeer bis in die Näh der Küst von Marie Byrd Land (AWI-94050 bis 94054) gibt uns Aufschluà übe die Position des Schelfrandes und die Beschaffenheit des Grundgebirges und der Sedimentverteilungen im Übergan von der Tiefseebene zum Kontinentalfuß Diese Region ist von große tektonischem Interesse, da hier einer der Schlüsse fü die Ablösun der neuseeländische Kontinentalplatte und des Campbell Plateaus vom antarktischen Kontinent liegt.

- Auf der Rückfahr nach Kapstadt schossen wir ein Reflexionsprofil übe einige der Schwereanomalien des "Fischgräten"-Anomalienmuster nördlic des Weddell- meeres (AWI-94060) und führte seismische Voruntersuchungen zu ODP- Bohtvorschläge im Südatlanti (AWI-94070 bis 941 00) durch.

Eine Eisbarriere nördlic der Pine lsland Bay (Amundsenmeer) hinderte uns daran, die geplanten seismischen Messungen zur Untersuchung der Krusten-blocke von Thurston lsland und Marie Byrd Land in der eisfreien Bucht vorzunehmen.

Fü die Registrierung reflexionsseismischer Daten waren folgende Gerät im Einsatz:

- 1 Streamer (Syntron) mit 96 seismischen Kanäle auf 2400 m aktiver Länge - 1 Streamer (Prakla) mit 96 seismischen Kanäle auf 600 m aktiver Länge - 8 Airguns (Prakla) mit je 3,O I Kammervolumen, im Cluster gefahren. - 3 GI-Guns (Sodera) mit je 4,3 I Kammervolumen (Generator 2,6 I, lnjector 1,7 I), im Cluster gefahren. - 1 Airgun (Bolt) mit 32 I Kammervolumen.

Die Daten wurden mit einer Geometrics 2420 im SEG-D-Format aufgezeichnet. Auf zwei EPC-Recordern schrieben wir den Analogausgang des Kanals 8 parallel dazu mit unterschiedlichen Zeitfenstern mit. Das 8-Airgun-Cluster und die 32-I-Airgun wurden in der Regel mit einem Druck von 130 bar, das GI-Gun-Cluster mit einem Druck bis zu 150 bar gefahren. Die Tabelle 1 faß die Lokationen und Registrierpa- rameter aller Reflexionsprofile zusammen. Auf vielen Profilen wurden Sonobojen zur Geschwindigkeitskontrolle der oberste Schichten eingesetzt (Tab. 2).

2 2 Profil-Nr. Typ Beginn Ende Airguns Schuß Streamer- Seism. Registrier- Abtast- Schüss Läng 79- Datum Zeit Datum Zeit i n t e ~ a l l läng Kanäl läng rate d ..,L .. .. (s) (m) (s) (ms) (km) :D S5, -3 % Bellingshausen-IAmundsen See: In - AWI-94001 Refl. 25.1.94 17:41 25.1.94 21:02 3x4.3 1 GI 10 600 96 6 2 1206 33 22 AWI-94002 Refl. 1.2.94 22:41 3.2.94 12:32 8x3 l Prakla 1 3 ~ 4 . 3 l G! 15 2400 96 12 2 8900 369 g. Q AW1-94003 Refl. 3.2.94 1245 4.2.94 19:05 8x3 l Prakla / 3x4.3 l GI 15 2400 96 12 2 6904 288

(B 3. W AWI-94010 RefLIRefr. 7.2.94 6:39 8.2.94 11:24 1x32 I Bolt 30 / 60 2400 96 20 4 2518 263 0 2. u m AWI-94020 Refl. 10.2.94 16:lO 12.2.94 0:58 8x3 1 Prakla 15 2400 96 12 2 7872 360 3 3. AWI-94030 Refl. 13.2.94 22:26 15.2.94 9:22 3x4.3 1 GI 10 600 96 8 2 12576 363 s" AWI-94040 Refl. 19.2.94 0:42 19.2.94 1234 8x3 1 Prakla 15 600 96 12 2 2844 121 % ,g 0- -3

AWI-94041 Refl. 19.2.94 12:34 21.2.94 14:51 8x3 1 Prakla 1 3 ~ 4 . 3 1 GI 15 600 96 12 2 11476 492

5. -a AWI-94042 Refl. 21.2.94 14:53 22.2.94 11 :23 8x3 1 Prakla 15 600 96 12 2 4920 215

t.2 3 AWI-94043 Refl. 5.3.94 18:58 6.3.94 18:16 8x3 l Prakla / 3x4.3 l GI 15 600 96 12 2 5408 226 >(D AWI-94044 Refl./Refr. 6.3.94 21:58 7.3.94 12:04 1x32 1 Boit 60 600 96 20 4 846 177

ca AWI-94050 Refl. 26.2.94 4:54 26.2.94 22:12 8x3 1 Prakla 15 600 96 12 2 4152 174 -lt= ><D AWI-94051 Refl. 26.2.94 2232 27.2.94 0:15 8x3 1 Prakla 15 600 96 12 2 412 21

?5 AWI-94052 Refl. 27.2.94 0:25 27.2.94 3:52 8x3 1 Prakla 15 600 96 12 2 828 37

0% AWI-94053 Refl. 27.2.94 4:03 27.2.94 6:11 8x3 1 Prakla 15 600 96 12 2 512 22

:?J AW1-94054 Refl. 27.2.94 6 3 7 28.2.94 1934 8x3 1 Prakla 15 600 96 12 2 8868 287 5 '3 In Ñ Total Bellingshausen-IAmundsen See 80242 3448 3 (D 5 davon Refraktion 3364 440 7 W gz

Sudatlantik: -, 0

G,g AWI-94060 Refl. 16.3.94 5:41 17.3.94 6:59 3x4.3 1 GI 15 600 96 12 2 6072 G AWI-94070 Refl. 19.3.94 16:42 19.3.94 23:57 3x4.3 1 GI 15 600 96 12 2 1740 T3 (D E AW1-94080 Refl. 3x4.3 l GI 15 12 2 600 96 0) T) AWI-94090 Refl. 3x4.3 l GI 15 600 96 12 2 2 AWI-94100 Refl. 3x4.3 l GI 15 600 96 12 2 "W (B rt. Y <D

T 3 Total Südatlanti

$ Total

(B (D D

Sonoboje Band Position entlang Profil

Tab. 2: Positionen der eingesetzten Sonobojen. Tab. 2: Positions of sonobuoys.

Pos. Instrum. ID-Nr. Position Tiefe/ seism. Schußprofi Nr. H6he (m) Kanäl

Refiek RefTek RefTek Refiek RefTek OBS OBS OBS OBS

AW105 AWI 10 AW103 AW104 AW107 OBS 04 OBS 01 OBS 03 OBS 02

1 OBS OBS 02 S 69.49483 W 97.44083 -4300 4 AWI-94044 2 OBS OBS 04 S 69.51 883 W 95.01 550 -4218 4 AWI-94044 3 OBS OBS 03 S 69.49633 W 92.73600 -3892 4 AWI-94044

Tab. 3: Positionen der seismischen Landstationen und Ozeanbodenseismometern (OBH). Tab. 3: Positions of seismic landstations and ocean-bottom seisrnographs (OBH).

Kurz vor dem geplanten Ende des Profils 94020 setzte sich der 2400 m-Streamer im aufkommenden Preßei fest und rià in der 6. aktiven Sektion. Nach relativ kurzer Suchfahrt konnte ein Ende des abgerissenen Streamers gesichtet werden. Die anschließend Bergung ging langsam voran, da die Sektionen teilweise fest im Eis verkeilt waren. Der Streamer war fü den weiteren Fahrtabschnitt nicht mehr einsatzbereit. Die anschließende Profile sind daher ausschließlic mit dem 600m- Streamer gefahren worden. Insgesamt wurden in Bellingshausen- und Amundsenmeer 3448 km an reflexionsseismischen Daten registriert.

Refraktionsseismik

Fü die Registrierung von Refraktions- und Weitwinkelreflexionsdaten standen uns folgende Instrumente zur Verfügung

- 4 Ozeanbodenseismographen (Geomar-OBH) mit DAT-Recorder und akustischem und time-release (Oceano).

- 6 RefTek 6-Kanal Registriereinheiten mit je 440 MB Plattenspeicher und GPS-Empfänger - 4 RefTek 3-Kanal Registriereinheiten mit DAT-Recorder und GPS-Empfänger - 1 RefTek 6-Kanal Registriereinheit mit 224 MB Plattenspeicher (Universitä Uppsala). - 1 RefTek 3-Kanal Registriereinheit mit 178 MB Plattenspeicher (Universitat Uppsala). - 3 Drei-Komponenten-Geophone (Typ Lippmann). - 39 Ketten mit je sechs 4.5-Hz-Geophonen.

Registriert wurden die Schüss der 32-1-Bolt-Airgun mit einem Druck von 130 bar im Schußinterval von 30 oder 60 s. Wir führte ein umfangreiches Testprogramm mit den OBH-Systemen an Bord und im Wasser durch, da diese Instrumente eine Neuanschaffung waren. Anfangs stellten wir Schwierigkeiten bei der Registrierung auf die DAT-Recorder und bei der Zeitfortschreibung fest, die aber durch Erdung am Druckgehäus und Hinzufüge von Trockenbeuteln behoben werden konnten. Die Zeitsynchronisation erfolgte bei allen Geräte mit einer GPS-Uhr mit DCF- Ausgang (Lennartz).

Entlang des Ronne Entrance (Profil AWI-94010) setzten wir von Bord alle vier OBH- Systeme aus (Tab. 3). Desweiteren wurden mit Helikopterunterstützun seismische Landstationen an drei Lokationen auf dem Festlandeis ausgebracht. Drei OBHs haben kontinuierlich registriert. Das vierte brach die Registrierung nach wenigen Minuten ab. Dieses Instrument funktionierte auch bei weiteren Tests nicht einwandfrei und wurde nicht mehr eingesetzt. Bedingt durch Probleme mit der Elektronik, registrierten die an Land entlang der Ronne Entrance ausgesetzten RefTeks nicht. Späte konnten diese Probleme zwar beseitigt werden, jedoch mußte wir auf einen weiteren Einsatz der Instrumente in der Pine Island Bay verzichten, da, wie oben erwähnt eine Eisbarriere den Zugang zur Bucht versperrte,

Abb. 4: (nächst Seite) Übersichtskart der reflexions- und refraktionsseismischen Profite (dicke Linien), sowie der Magnetometerprofile (gepunktete Linien) im Bellingshausen- und Amundsenmeer und Karten ausgewählte Schwerpunktregionen. Seismische Landstationen sind durch Kreuze, OBH-Lokationen durch Dreiecke markiert.

Fig. 4: (next page) Overview map of seismic reflection, refraction (bold solid lines) and magnetometer (dotted lines) profiles in the Bellingshausen and Amundsen Seas and maps of selected profiles. Seismic landstations are marked by crosses; OBH locations are marked by triangles.

Die aufschlußreich Basement-Topographie der auf dem Profil AWI-94041 registrierten Reflexionsdaten ermutigte uns, ein weiteres OBH-Profil (Profil AWI- 94044) entlang des Profils AWI-94041 übe die markante Schwereanomalie zu fahren (Tab. 3). Die drei ausgesetzten OBHs registrierten Daten von allen Schüssen Als mangelhaft stellte sich die Kommunikation zwischen der Telecommand und den Transpondern bei Wassertiefen von übe 4000 m heraus. In zwei Fälle hatten die Zeitauslöse die OBHs wieder an die Oberfläch bringen lassen. Nur in einem Fall gelang ein akustisches Auslösen

Datenbearbeitung

Die Reflexionsdaten wurden mit dem Software-Paket DISCO auf der an Bord installierten Convex 3400lES "demultiplexed" und auf 3480er-Cartridges geschrieben. Dabei wurden die Spuren mit konstanter Schußpunktentfernun (meistens Kanal 8) auf einer Platte abgelegt und "constant offset"-Plots von allen Profilen erzeugt. An vereinzelten Profilen wurden Filter- und Dekonvoiutionstests zur Verbesserung des SignalIRausch-Verhältnisse durchgeführt Vom Profil 94043 sortierten wir die Schußsektione in CMP-Sektionen und stapelten die CMPs mit einem einfachen Geschwindigkeitsmodel zu einem "brute stack" (Abb. 3). Die fü die Geometrie erforderlichen Navigationsdaten wurden von der Bathymetriegruppe zur Verfügun gestellt. Die OBS-Daten sind von den DAT- Bänder übe ein Abspielgerä (Delta-T Methusalem) in das RefTek-Format konvertiert und übe einen SUN-Rechner auf Exabyte-Cassetten gesichert worden.

2.2 Gravimetrie (Weigelt, Miller, Gohl)

Mit dem an Bord installierten Seegravimeter KSS 31/25 (Bodenseewerke) wurden währen des gesamten Fahrtabschnittes kontinuierlich Schweremessungen durchgeführt Die Datenübertragun vom und zum Gravimeter wird von einem der Bordrechner (pVAX 4000) gesteuert. Dabei erhäl das Gravimeter im Sekundentakt übe eine serielle Schnittstelle Navigationsdaten zur Stützun der Sensorplattform. Die Daten des Gravimeters wurden in unregelmäßig Zeitintervallen von 9 bis 16 sec auf dem Bordrechner aufgezeichnet und stündlic gesichert.

Am 01.03.94 mußt der Kreiselblock zur Steuerung der Sensorplattform am Gravimeter nach 21 174 Betriebsstunden ausgetauscht werden. Zweimal arretierte sich die Gravimeterplattform wegen hohen Seegangs und damit zu hohen Roll- und Stampfabweichungen. Ansonsten arbeitete das Gravimeter störungsfrei Da das Gravimeter nur relative Schwerewerte liefert, wurden an Land in Punta Arenas und Kapstadt mit einem Lacoste-Romberg Landgravimeter Anschlußmessunge durchgeführt

Abb. 5: Vorläufi gestapelte Sektion (brute stack) vom zentralen Abschnitt des Profils AWI-94043. Das Profil kreuzt eine markante Schwereanomalie, deren Freiluft- und Bouguer- Anomalienwerte oberhalb des Profils aufgetragen sind.

Fig. 5: Brute stack of the center part of profile AWI-94043. The profile crosses a large gravity anomaly. The free-air and Bouguer anomalies are drawn On top.

Zur Auswertung der Meßwert wurde auf dem VAX-Rechner ein Programmpaket erstellt. Zuerst werden aus den unregelmäß aufgezeichneten Daten ein Datums-, Zeit- und Schwerewert pro Minute ausgelesen. Dann wurden diese Minutenwerte übe die Zeit mit den Navigationsdaten, sowie Kurs und Geschwindigkeit gekoppelt. Anschließen wurden damit die Breiten-, Eötvös Freiluft- und Bouguerkorrektur durchgeführt Diese Auswertung beschränk sich derzeit auf die Abschnitte der seismischen Profile (i.e. Abb. 3).

2.3 Maanetik (Nitsche, Martens, Miller, Gohl, Weigelt, Lambrecht, Fechner)

Das Seemagnetometersystem besteht aus zwei Geometrics G81 1 Protonen- Präzessionsmagnetometern die 700 m bzw. 850 m hinter dem Schiff geschleppt werden und durch die Splitterbox mit dem Hauptkabel verbunden sind, und zwei Konsolen im Magnetometer/Gravimeterraum. Fü die Bestimmung des Magnetfeldgradienten zur Berücksichtigun der globalen Feldschwankungen werden zwei Sensoren eingesetzt. Wir installierten ein neues Kabel von der Winde zur Splitterbox und zu den Sensoren und schlossen neue Sensoren an.

Wir nahmen Änderunge in der Datenerfassung an Bord vor. Beide Sensoren werden jetzt durch die Schiffsuhr getriggert, so da alle zehn Sekunden ein neuer Wert eingelesen wird. Das Programm zur Datenerfassung auf der VAX (MAGDAT) wurde neu geschrieben, um Probleme mit der seriellen Schnittstelle des Magnetometers, die bisher immer aufgetreten waren, zu umgehen. Beide Sensoren werden unabhängi voneinander als "Master" gefahren (M1 und M2). Das Datenerfassungsprogramm registriert die Totalintensitä und Tiefe der Sensoren im Wasser, berechnet den Gradienten der Totalintensitä und schreibt die Werte auf einen Plattenbereich der VAX.

Zunächs wurde das System an Bord so weit getestet, bis die Magnetometer- konsolen und die Datenerfassung nahezu fehlerlos arbeiteten. Währen der Rückreis vom Amundsenmeer wurden die Sonden am 3.3.94 zum ersten Mal ins Wasser gelassen. Auf der Fahrt vonm Amundsenmeer bis Jubany wurden vier Profile vermessen (Abb. 1). Anschließen war das Magnetometer fast durchgehend bis Kapstadt im Einsatz.

MARINE GEOLOGIE

3.1 Sedimentoloaie (Bonn, Gingele, Grobe, Hillenbrandt)

Im Rahmen der marin-geologischen Beprobung wurde Probenmaterial zur Untersuchung der paläoglaziologische und paläozeanographische Verhältniss im pazifischen Bereich des Südpolarmeere am Kontinentalhang vor der Marguerite Bay, im Bellingshausenmeer und im Amundsenmeer gewonnen. Die Veränderunge der spezifischen Sedimentationsprozesse sollen aus den Sedimentfazies fü die letzten quartäre Klimazyklen rekonstruiert werden. Die Untersuchungen beinhalten die klimagesteuerten paläozeanographische Veränderungen die Geschichte der Meereisbedeckung unter Berücksichtigun des biogenen Sedimentinhaltes und der Sedimentstrukturen sowie die Verlagerungen von Kalbungs- und Grundlinie im Schelfbereich. Besonders die Ergebnisse zum Verhalten des westantarktischen Eisschildes währen eines Klimazyklus sollen mit den an der ostantarktischen Küst durchgeführte Arbeiten verglichen werden. Analysen der Foraminiferenfaunen der Oberflächensediment in Verbindung mit ozeanographischen und sedimentologischen Parametern sollen die Grundlage fü weitere paläozeanographisch Interpretationen an ausge- wählte Kernen bilden. Eine erste stratigraphische Einstufung der Kerne wird durch Sauerstoffisotopenmessungen an planktischen Foraminiferen erfolgen. Sollte sich herausstellen, da einzelne Kerne einen längere geologischen Zeitraum erfassen (>700 ka), werden paläomagnetisch Datierungsmethoden angewandt.

Auf insgesamt 36 Stationen wurden 11 1 m Sedimentkerne mit dem Schwerelot (SL), 17 ungestört Oberflächenprobe mit dem Multicorer (MUC) und 10 Proben mit dem Großkastengreife (GKG) gewonnen. Die Stationen verteilen sich auf vier hangnormale Profile vor der Marguerite Bay (I), im Bellingshausenmeer (2) und im Amundsenmeer (1) und ein hangparalleles Profil zwischen Peter I. Insel und Amundsenmeer. Zusätzlic wurden auf verschiedenen Schelfpositionen Ober- flächenprobe gewonnen. In Verbindung mit den Proben zur Untersuchung der benthischen Foraminiferenfauna wurden 250 ml des überstehende Boden- Wassers aus den Multicorer-Rohren fü 61%-Analysen mit Quecksilberchlorid fixiert. Aus der gleichzeitigen Untersuchung der Kohlenstoffistopenverhältniss im Wasser und an benthischen Foraminiferen wird ein Beitrag zur Paläoproduktività und zur Paläozeanographi erwartet. Die Schwerelotkerne wurden in Metersegmente geschnitten und gekühl bei + 4 O C transportiert. Die Großkastengreife und Multicorer wurden fü verschiedene Fragestellungen beprobt:

Multicorer: 1) 3-5 Rohre in Scheiben (0-1, 1-2, 2-3, 3-4, 4-5, 7-8, 10-1 1, 14-15 crn)

mit Bengalrosa/Athanol (1 gll) benthische Forarniniferenvergesellschaftungen, Si80 and St3C von benthischen und planktischen Foraminiferen, Mackensen, A W1

2) überstehende Bodenwasser, 100 rnl in Glasflasche, versiegelt, 250 rnl in Glasflasche mit Quecksilberchlorid vergiftet, versiegelt SI8O and S^C vom Bodenwasser, Hubberten & Mackensen, A W1

3) eine Scheibe (0-1 cm) Gesarntsedirnent TOC, Karbonat, SandISilVTon, Tonrnineralverteilung, Grobe, A W1

4) ein Rohr in Scheiben von jeweils 2 cm Dicke TOC, Karbonat, SandISilVTon, Tonrnineralverteilung, SI8O and Si3C an planktischen Foraminiferen, Grobe, AWI

5) 2-3 Rohre in Scheiben Nährstoff im Porenwasser (NO,, NO3, NH4, Si, PO4), pH-, 02-, TOC-, Karbonatprofil, ̂ Thorium, Holby, A W1

6) 1 Rohr (0-5 cm) Gesamtsediment mit 4 % Formalin konserviert Meiofauna, Schminke, Universitä Oldenburg

7) 1-2 Rohre überstehende Wasser (1 cm) und Gesamtsediment (0-1,5 cm) mit 4 % Formalin konserviert Meiofauna, Brandt, Polarökologi Kiel

8) Oberfläch mit Fluff ST5N und Partikelgröß des Fluff, Starmans & Gutt, AWI

9) überstehende Wasser Gelbstoff, Brunßen A W1

10) überstehende Wasser und Porenwasser halogenierte Kohlenwasserstoffe, Abrahamson, Dept. Anal. and Marine Chemistry, Götebor

Großkastengreifer 1) Oberflächensedimen (0-1,5 cm) mit ~engalrosd~thanol (1 gll)

benthische Foraminiferenvergesellschaftungen, Si80 and S13C von benthischen und planktischen Foraminiferen, Mackensen, A W1

2) 1 Rohr (1 2 cm 0) in Scheiben wie MUC mit BengalrosdAthanol (lgll) benthische Foraminiferenvergesellschaftungen, Si80 and Si3C von benthischen und planktischen Foraminiferen, Mackensen, A W1

3) 30 ccm Gesamtsediment (0-1 cm) TOC, Karbonat, Sand/Silt/Ton, Tonmineralverteilung, Grobe, A W1

4) Gesamtsediment (0-1,5 cm) mit 4 % Formalin konserviert Meiofauna, Brandt, Polarökologi Kiel

5) 1-2 Rohre (1 2 cm 0 ) Archiv, Grobe. A W1

Profil Marauerite Bay. beginnt in ..der zentralen Marguerite Bay und verläuf in nordwestlicher Richtung bis in die Tiefsee (Grafiken s. Anhang). Der Schelf zeigt geringe Tiefenvariationen zwischen 350 und 400 m (PS2524125). Der mit bis zu 13O sehr steil einfallende Kontinentalhang wurde bei 67,15O S senkrecht gekreuzt. Station PS2522 liegt vor dem Kontinentalfuà im Tiefseebereich. Station PS2523 liegt am oberen Hang und erbrachte einen nur geringen Kerngewinn. Der Diamiktit am Kernfänge war zä und zeigte ein breites Korngrößenspektru Auf Grund der Wassertiefe von 740 m wurde hier vermutlich eine den Hang herabgerutschte Diamiktitscholle eines glazialen Eisvorstoße getroffen. Im äußer Schelfbereich wurden zwei Erhebungen gekreuzt, die vermutlich Endmoränenzü darstellen. Eine Erhebung mit einer Höh von etwa 15 m lag direkt am Schelf-Hang- Übergang eine zweite Erhebung mit einer Höh von 30 m etwa 30 km schelfeinwärts Im Sedimentecholot stellte sich der äuße Bereich als relativ ebener, starker Reflektor dar, der schelfeinwärt unter die größe Morän abtaucht. Ab hier zeigt der Meeresboden bis in die Marguerite Bay ein deutlich unruhigeres, rauhes Oberflächenecho

Profil Peter I. Insel streicht ebenfalls in nordwestlicher Richtung. Es beginnt im inneren Bellingshausenmeer (PS2532) und endet im Flachwasserbereich von Peter I. Insel (PS2534). Zwischen Kontinentalhang und Inselsockel wurden Wassertiefen von 3783 m erreicht. Die tiefste Station PS2537 erbrachte, ebenso wie alle Stationen am Hang der Insel (PS2534-36), keinen Kerngewinn. Sedimentreste am Kernfänge bestanden aus einem schwarzen, mittelkörnige Sand. Am gegenüberliegende Kontinentalhang lag der Kerngewinn im Mittel bei 4 m (PS2538-41). Der Schelf (PS2533142) mit Wassertiefen von ca. 500 m zeigt im kontinentnahen Bereich bis etwa 100 km vor der Bryan Küst eine Zunahme der Wassertiefe bis übe 1000 m.

Profil Amundsenmeer beginnt auf dem Schelf vor Siple Island bei 630 m Wassertiefe (PS2545) und verläuf in ostnordöstliche Richtung bis in den Bereich des Amundsen Ridge bei 69' S (Seismikprofil-Nr. 94050). Der Schelf zeigt am äußer Rand wiederum einen Moränenzu mit minimalen Wassertiefen von 370 m. Nach dem Schelfknick folgt zuerst ein relativ steiler Hang der von 500 auf 2000 m Wassertiefe abfällt Es folgt eine flach einfallende Terrasse, die vor dem Anstieg zum Amundsen Ridge 3500 m Wassertiefe erreicht (PS2546-51). Im mittleren Teil nehmen die Wassertiefen an einer Erhebung auf unter 2000 m ab (PS2547). Die Terrasse ist von bräunlichen foraminiferenreichen Sedimenten bedeckt, die gut zu kernen sind und einen mittleren Kerngewinn von 10 m erbrachten. Am Südend des Profils wurde erfolglos versucht auf dem Amundsen Ridge einen Kern zu ziehen (PS2552). Der Kernfänge zeigte lediglich Reste von Foraminiferensand und enthielt einige Steine mit etwa 1 mm dicken Mangankrusten. Der im GEBCO- Datensatz verzeichnete Marie Byrd Seamount sollte auf diesem Profil bei 70' S gekreuzt werden. Er existiert zumindest in der verzeichneten Form nicht oder ist um 50 Meilen nach Norden verschoben (im Profil dann als Amundsen Ridge bezeichnet).

Profil Thurston Insel verläuf von Ost nach West bei 69O 30' S parallel zum Kontinentalfuà (Seismikprofil-Nr. 94041). Die Wassertiefen liegen zwischen 3800 und 4400 m. Der östlich Teil zeigt zwischen 90' und 92' W im Sedimentecholot einen relativ harten Oberflächenreflektor Ebenso ist im westlichen Teil zwischen 100' und 104' W lediglich ein Oberflächenreflekto mit diffusem Untergrund zu erkennen. Der zentrale Teil ist bei 97O, 93' und 92O 30' W von 20-30 km breiten Erosionsrinnen durchzogen. Die dazwischenliegenden Bereiche zeigen deutliche Reflektoren mit einer Eindringtiefe bis zu 70 m. Dieser Bereich wurde auf den Stationen PS2553-56 mit einem mittleren Kerngewinn von 10 m beprobt. Im Westen bei 97' W beginnt direkt an der Rinne ein mächtige Sedimentpaket mit guter Eindringung, deren Reflektoren nach Westen bei 99' W schwäche werden, um schließlic bei etwa 100 W ganz zu verschwinden.

3.2 Geochemisty (Holby)

Early diagenesis, bioturbation and fluxes

The main purpose of this cruise was to study calcite (carbonate) dissolution in the deep sea, according to biological activity and pressure influence. The decomposition of organic matter at the deep sea floor occurs predominantely with oxygen as electron acceptor. During this process carbon dioxide (CO2) is produced, due to this, calcite will be dissolved whenever it is available. By measuring high resolution oxygen profiles at the sediment-water interface, the diffusive flux of oxygen into the sediment can be calculated and from this the supply of easy metabolized organic matter to the sea floor can be obtained. Calcite dissolution rate can in principal be derived from pH and alkalinity gradients. Because of calcites pressure dependence it is impossible to measure undisturbed pH-profiles On samples onboard. Due to this a free fall device (Lander, BOTTY) was used to measure oxygen and pH-gradients in-situ During this cruise the Lander was deployed five times (Tab. 1).

Using 234Th1238U disequilibrium, the particle flux and reworking rate of the sediment can be estimated. One core was taken from the multicorer (MUC), sliced in half cm thick slices and 5 ml of the sediment was prepared for ß-countin onboard. Another

5 ml was spiked with ^U and ^Th, extracted and precipitated to be stored for processing later on in Bremerhaven. During this cruise ten cores from the multicorer were prepared for thorium analysis (Tab. 1). Samples from the multicorer were processed to complement the work with the lander. Oxygen and pH-gradients were measured with micro electrodes within 15 minutes after the core has been recovered. Pore water was pressed out of the the sediment for alkalinity and nutrients measurements. Samples for content of organic carbon, inorganic carbon, biogenic silica and ^Olead in the solid phase and samples to determine porosity were taken. Fifteen cores according to Tab. 1. were prepared.

An example of a preliminary profile of ^Th can be Seen in fig. 6, left. The results have to be corrected for porosity, Uranium content and the exchange. The correction for porosity and Uranium content will probably increase the first 2-3 values compared with the others, due to compaction in the sediment, the affinity of thorium to particles and the solubility of uranium in water.

Oxygens penetration into the sediment is very often a good indicator of the supply of easily metabolized organic matter. The oxygen-profile for station PS2522 and PS2527 is presented in fig. 6, right. These profiles are a typical example of a profile from a deep water station (PS2522) which have a "low" supply of easy metabolized organic matter and a shelf station which have "high" supply of easy metabolized organic matter. As can be Seen in the figure the oxygen is depleted already 17 mm down in the sediment at station PS2527.

Date Station Lat S Lon W Deoth MUC Thorium BOTTY

Tab. 1: Stations where the lander was deployed, thorium samples were prepared orland sedimentological work was performed

Tab. 1 : Stationen mit Bottom-Lander-Einsatz, sedimentologischen Arbeiten und Thoriurnmessungen

Fig. 6: Profile of thorium activity at station PS2527 (left). Oxygen profile at station PS2522 and PS2527 (right)

Abb. 6: Profil der~horhmaktivitat an Station PS2527 (links). Sauerstoffprofile der Stationen PS2522 und 2527 (rechts)

3.3 Bathvmetrie (Grünwald Niederjasper, Rottmann, Weigelt)

Das Fächersona Hydrosweep war währen der Fahrt ständi in Betrieb. Die Vermessungen lassen sich unterteilen in System-Testmessungen, Einzelprofil- messungen auf seismischen Profilen und zwischen geologischen Probenstationen sowie Detailvermessungen vor der Station Jubany und in der Marguerite Bay.

Nach Reparaturen am Hydrosweepsystem wurden währen der Reise ANT-XI12 erhebliche Restmänge festgestellt. Um Hydrosweep wieder in einen operablen Zustand zu bringen, und diesen durch Kalibrierung und Testmessungen zu prüfen nahm ein Serviceingenieur des Herstellers und ein Mitarbeiter der Arbeitgruppe Bathymetrie des AWI an den ersten 12 Tagen des Fahrtabschnittes ANT-XI13 teil. In dieser Zeit wurden die im Folgenden aufgeführte Messungen mit Hydrosweep durchgeführt

Kalibrierungsmessungen dienten der Bestimmung der Winkelkonstanten fü die Korrektur von Pitch- und Rollwinkel. Diese Konstanten beinhalten die Abweichung der Lage der Hydrosweep-Schallwandler von der Lage der Schiffsplattform, die die Pitch- und Rollwinkel ermittelt. Ihre Neubestimmung war durch den Einbau neuer Wandler und durch Austausch bzw. Überholun beider Plattformen notwendig. Zur

Konstantenbestimmung wurde ein Profil von 5 nm im Gebiet des Yaghan Becken südöstli von Feuerland bei 4000 m Wassertiefe achtmal durchfahren.

Zur Kontrolle der Funktion des Systems wurden 2 Gebiete im Bereich der Brans- field Straß in verschiedenen Messmodi mehrfach vermessen. Die Messdaten wurden an Bord ausgewertet und durch Berechnung und Vergleich digitaler Tiefenmodelle geprüft Das Ergebnis der Untersuchung bestätig im wesentlichen die Einsatzfähigkei des Systems fü wissenschaftliche Zwecke währen des weiteren Fahrtverlaufes. Währen der Testmessungen wurde ein untermeerischer Vulkan südöstli der King George Insel detailliert vermessen. Der deutlich ausgeprägt Krater ragt etwa 800 m übe den Meeresboden. Er hat einen Durch- messer von Ca. 2 km und ist etwa 300 m tief (Abb.2).

Profilierende Messungen

Die Hydrosweep-Daten der Einzelprofilmessungen werden zusammen mit den Daten frühere Expeditionen zur Herstellung von Planungskarten fü zukünftig Expeditionen genutzt. Außerde werden sie zur Ergänzun und Vervollständigun von kleinmaßstäbig bathymetrischen Karten wie z.B. der GEBCO-Karten verwendet. Ein Teil der Einzelprofile ist in Abb.l dargestellt. Durch diese Profile gewinnt man einen kleinen Eindruck von der Meeresbodentopographie in den entsprechenden Gebieten, von denen teilweise noch keine bathymetrischen Daten vorlagen.

Im Verlauf einer Einzelprofilmessung (Profil 7) wurde festgestellt, da der Marie Byrd Seamount im Amundsenmeer nicht entsprechend der in der GEBCO-Karte Nr. 5.15 dargestellten Form und an der angegebenen Position vorhanden ist. Ein neuer Seamount wurde Ca. 60 nm nördliche vermessen. Dieser erhebt sich vom 3500 m tiefen Meeresboden 1500 m empor und hat einen Durchmesser von ca. 10 km (Abb. 3). Durch mehrere Einzelprofile, die in der Ronne Entrance gefahren wurden, konnte diese Bucht zwar nicht geschlossen vermessen werden, doch läà sich die grobe Meeresbodentopographie erkennen.

Detailvermessungen

Die erste Detailvermessung entstand im Zuge einer Testmessung vor der argentinischen Station Jubany auf King George Island (S.O.). Eine weitere geschlossene Vermessung wurde in der Marguerite Bay Ca. 15 nm südlic der britischen Station Rothera durchgeführt Aufgrund der geringen Tiefe betrug die Ausdehnung des in Ca. 15 Stunden vermessenen Gebietes nur 10x25 km. Dafü ergab sich jedoch eine sehr hohe Auflösun der Meeresbodentopographie. Der Graben zwischen Adelaide Island und dem Festland ist mit einer Tiefe von bis zu 1000 m deutlich zu erkennen (Abb. 4). Währen der Stationsarbeiten, insbe- sondere bei stark geneigtem Meeresboden, wurde Hydrosweep auch zur genauen Positionierung herangezogen.

Abb. 7a: Ãœbersich mit den Positionen der Einzelprofile. Fig. 7a: Map with locations of the Single profiles.

Profll l

0 T

Profil 111

Profil \

0,

I Profll V1

Profil II

0 i

-81.5 -75.1 -68.5

longilude

Profil VI

1 Profil V11

1 longitude

Abb. 7b: Längsschnitt der Einzelprofile, mit Hydrosweep gemessen (unterschiedliche Maßstä und Uberhöhungen)

Fig. 7b: Single profiles meassured with Hydrosweep (different scales and exaggerations).

Abb. 8: Vulkan südöstli von King Georg Island (Hydrosweep Testmessung). Fig. 8: Vulcano southeast of King George Island (Hydrosweep test survey).

Abb. 9: Submarine Erhebung, Teil des Arnundsen Rückens Fig. 9: Searnount, pari of Arnundsen Ridge.

DDGŸO Abb.lO: Graben in der Marguerite Bay zwischen Adelaide Island und dem Festland, ca. 15 nm südlic

der britischen Station Rothera. Fig. 10: Ditch at Marguerite Bay between Adelaide Island and the mainland 15 nm south of the british

station Rothera.

4. SEA ICE (Haas, Rebhan, Thomas, Viehoff)

General ice conditions

Large scale ice conditions as shown by satellite borne SSMI and AVHRR data (see chapter Remote Sensing and figures 20 and 21) where such that the ice edge extended from roughly 68OS, 71° (north of Alexander Island) to 72OS, 120° (central Amundsen Sea). South of it, ice concentrations were highest (up to 10110) north and northwest of Alexander Island and north of Thurston Island. In contrast, in the central Bellingshausen and Amundsen Seas ice concentrations were much less, seldom reaching 5/10. Along the continental coast large polynias occured, mainly in the Ronne Entrance, Eltanin Bay, Pine Island Bay and southern Amundsen Sea.

While our observations during the whole cruise showed little variation in several general ice conditions such as ice concentration and floe size from region to region, other parameters including ice and Snow thickness and the amount of ridging increased considerably with increasing longitudes towards the west. During ice breaking, a striking feature during most observations was that the complete snowcolumn together with a (thin) ice layer broke off as a large slab, revealing gaps and holes and intensively brown layers On top of the underlying ice. Often these gaps were filled with slush ice that coloured the whole broken ice brash a dark brown. The following Summary is divided into seven different sections along the cruise track where ice conditions were similar:

Marguerite Bay First rernnants of sea ice where found in Marguerite Bay. They cornprised of bands or srnall fields of srnall rotten floes which where very brown due to high concentrations of sea ice rnicroalgae.

North of Alexander Island South of a sharp ice edge, ice concentrations were almost 10110. Floes of less than 100 rn diarneter showed little signs of deformation and were surrounded by snow covered, slightly cornpressed piled up brash.

Ronne Entrance A diffuse ice edge forrned by brash ice and fragments of white ice floes was entered at 6go45'S, 7g059'W. South of 70'17's white ice floes covered by apparent wet snow and sornetirnes even by srnall rnelt ponds reached concentrations up to 10110. South of 71'11 'S the ice concentration decreased gradually towards the inner Ronne Entrence, where it becarne less than 5/10. Here it was comprised of patches and stripes of white ice floes, and high arnounts of brash (up to 50%).

Off Smyley Island and Bryan Coast A nearly ice free, 2-5 nrn wide polynia extended frorn 71°59'S 77'57'W along the continental coast towards 73O21 'S, 82O04'W. North of this polynia ice concentrations were rnuch higher.

Eltanin Bay to Peter I. Island At around 7I000'S "Polarstern" passed a change frorn more Open pack with floes up to 1 km in diameter to higher concentrations (5-10/10) of srnaller floes at rnost less than 100 m in diarneter. Almost all floes were remarkably flat (little ridging only further west). The Snow was offen wet and was even flooded on some floes (patches of less than 50 rn in diarneter). Later floes were covered with fresh snow. A diffuse ice edge was found towards Peter I. Island between 69'30's and 69'34's.

Eastern Amundsen Sea South of a sharp ice edge at 71'21 'S, 104'76'W "Polarstern" had to start rarnrning and rnade little way in closed pack ice with 90% white ice under pressure and cornpressed brash. Floe sizes seldorn exceeded 100 rn. The ice was covered by thick (30-100 crn) old and new snow. Up to 50% of floe surfaces were deforrned (at most point type ridges). After turning back, we left the ice through a

striking S-N extending polynia of 1 nrn width and several nrn length West of an iceberg barrier at around 71'30's and 105O41 'W.

Central Amundsen Sea north of Siple Island A diffuse ice edge at around 70°52'S 119O31'W was passed into Open pack ice with white ice concentrations between 4-6/10. South of roughly 72's rnost Open water was covered by new ice (at rnost dark and light nilas) which has forrned due to colder air ternperatures and heavy snowfalls. White ice floes (only rarely largffr than 100 m) could be divided into two classes: 1. srnall, heavily (point type) ridged floes; 2. bigger floes with very thick snowcover and flat rounded hurnrnocks. The Snow was generally thicker than in all other regions.

4.2 Prooerties of sea ice and snow

The main goal of the sea ice work during ANT-XI13 was to gain a first insight into the properties and dynamics of the perennial sea ice in the Bellingshausen and Amundsen Seas. Up to now this region has been poorly studied. The sea ice physics and biology/chemistry Programme consisted of the following main Parts: -Ice coring and subsequent analysis for physical and chemical properties and sea ice biology.

Geophysical measurements for ice thickness determination. Standardized ice observations from the ship's bridge (see above). The working areas could be divided into three main regions: the central Bellingshausen Sea, and the western and central Amundsen Sea (Fig. 11)

Fig. 11: Map showing locations of stations and Station nurnbers. Triangles denote stations where poligonal granular ice was found on top. Circles refer to locations of helicopter floe-hopping.

Abb.fl: Karte der Stationspositionen und -nurnrnern. Dreiecke kennzeichnen Stationen, bei denen poligonal-körnige Eis an der Oberfläch gefunden wurde. Kreise zeigen die Positionen der Hubschrauber-Eisdickenrnessungen.

Ice coring and subsequent analysis for physical and chemical properties and sea ice biology

Ice cores were obtained from a total of 15 stations, where in most instances two or more cores were taken. The first (texture core) was processed on board ship, and standard texture, qualitative Pore sizeldistribution determined. Thin sections have been taken for later documentation. Samples were taken for salinity and Chla determinations, and subsamples stored at -30° for subsequent SI80 analysis in Bremerhaven.

On three stations, the temperature profile of the texture core was measured. This was in all cases very uniform and close to melting. The second core (biology core), was immediately sawed into 10 cm sections on the ice and placed in plastic containers. This prevented brine loss/contamination which was noticeable on some of the texture cores on warm sampling days. These ice pieces were melted at 4OC, and then filtered through precombusted GFC filters for Chla analysis. The filtrate was retained for nutrient (nitrate, nitrite, phosphate, silicate) and dissolved organic carbon (DOC) determinations. Salinity measurements were again made. Samples were also fixed in formaline for future determination of ice algae, and zooplankton composition.

At some stations more than one core was processed in the Same manner as described for the second core, and in a few cases archive cores were taken. These will be stored at the AWI. At three stations the under-ice water was collected using a pump. A total of 29 cores (66 m) were processed, with a mean core length of 2.27 m. The following table summarises the proportions of textural classes found during the cruise.

Ice texture class Orbicular granular Mixed colurnnar/granular Colurnnar Intermediate colurnnar/granular Polygonal granular Very hard snowl Snow ice Slush Gaps

Freauencv of occurence 68% 5% 18% 0.5% 3% 2 % 2% 2 %

The dominance of the first two classes indicate that much of the ice was formed during turbulent conditions. At many stations columnar ice was found between layers of granular ice, and on occasions the crystal alingnment was nearly horizontal. This shows that deformation is an important factor in the ice dynamics. In 11 cores polygonal ice was found on the top, a sign that incorporation of meteoric ice is prevalent in the regions visited (Fig. 11).

At first gfance, the salinity profiles of all cores do not show any consistent trend, except for lower salinities on top. The mean salinities for the texture cores was 2.55 psu, and for all cores together, 3.07 psu. A striking feature of the ice encountered, was the occurance of many gaps filled with soft slush ice. The amount is underrepresented in the above table, because the slush was easily lost and the gap widths difficult to define. Where it was possible to collect the slush, it had a very dense sea ice algal community and assosiated fauna (see below). In figure 12 the salinity and Chla profiles of the texture and biology cores for one of these "typical" stations are shown. The high salinity and corresponding very high Chla peak at 1.2

m was one of these slush layers. Above this layer the salinities were low with little evidence of biology, and below the salinities were uniform, again with low Chla values. It is evident that the salinities and Chla values obtained from the biology core are generally higher than in the texture core. This is caused by brine loss during transport and processing of the latter. In one core, a quick estimate of the faunal composition was made, and is shown in figure 13. The distribution of Foraminifera spp., Harpacticoid spp. and the calanoid copepod Stephos longipes within the ice, is correlated with the density of ice algae. These organisms are commonly associated with sea ice in other regions of the Antarctic.

Station 05401

salinit Y, psu

Fig. 12: Salinity and chlorophylla profile of station 05401. The prominent maxirna at 1.2 m correlates with a slush layer found there.

Abb, 12: Salinitäts und Chlorophylls -Profile von Station 05401. Die deutlichen Maxima in 1.2 m Tiefe korrelieren mit dort gefundenen Eisschlamrnlagen.

Snow and ice thickness measurements

To characterise the ice thickness distribution in the Bellingshausen and Amundsen Seas, two different efforts were made. 6 helicopter flights (see fig. 11 for locations) were undertaken to obtain values of floe thicknesses and thickness variability within a range of about 20 nm around the ship's position. During 6 - 12 landingslflight on arbitrarily chosen floes, Snow and ice thickness, freeboard and draft were measured at representative, apparently undeformed sites by drilling. Mean thickness values of ice and snow together with their standard deviations are shown in figure 14 (open circles).

Fig. 13: Texture, Salinity and chlorophylla profiles and nurnber of Forarns, Harpactoids and Stephos longipes of Station 03601 .

Abb. 13: Textur-, Salzgehalts- und Chlorophylls -Profile und Anzahl der Foraminiferen, Harpactoiden und Stephos longipes von Station 03601.

longitude, deg W

longitude, deg W

Fig. 14: Longitudinal distribution of total ice (above) and Snow thickness (below), as revealed by helicopter floe-hopping and thickness profile drilling. Error bars denote standard deviations.

Abb. 14: Longitudinale Verteilung der Gesarnteisdicke (oben) und Schneedicke (unten), wie sie sich aus Ergebnissen der Hubschrauber-Eisdickenrnessungen und Eisdickenprofilen ergibt. Die Fehlerbalken geben die Gröà der Standardabweichung an.

Thickness profile drilling during ice stations

During 9 ship stations drill-hole thickness measurements along profiles up to 50 m long with a spacing of 4-5 m were made. The drilling was often hampered by difficult ice conditions like high amounts of slush in the boreholes, a thick snowcover and high numbers of gaps or holes within the ice. Figure 14 shows mean Snow and total ice thicknesses measured along each profile (closed circles) together with their standard deviations.

In general, figure 14 reveals a clear increase of Snow and ice thickness with increasing longitude towards the west, or, in other words, from the Bellingshausen to the Amundsen Sea. A linear fit reveals a relation of

SN (longitude) = 0.2+0.002*longitude TT (longitude) = -1.9+0.06*longitude

for snow and total ice thickness (SN and TT) respectively.

From figure 14 it should be noted that the variability of Snow and ice thicknesses on single floes (ice station measurements) has been found to be as high as their variability on larger scales (helicopter floe-hopping). With regard to sea ice dynamics this shows that deformation plays an important role in the sea ice environment in the Bellingshausen and Amundsen Seas.

Electromaqnetic measurements for ice thickness determination

Earlier measurements with a portable electromagnetic induction (EMI) sounding instrument (Geonics EM31, measuring frequency 9.8 kHz) have shown that the EM! technique is very useful for a quick and accurate determination of sea ice thickness in the arctic under sumrner and winter conditions. During ANT-XI13 these investigations have been extended to test the method On Antarctic sea ice. Measurements have been performed along the thickness drilling profiles during ice stations (see above), and, on 5 days, continuously while the ship was moving with the EM31 and a laser altimeter suspended below the ship's bowcrane.

Thickness profites during ice stations

Along all 9 thickness profiles mentioned in section 2 EM measurements in horizontal and vertical dipole instrument mode were made with the instrument laid on the snowlice surface or carried at a height of 1 m. Because the EM measurements were much faster than the ice drilling, they could be used to characterise the thickness distribution within single floes much more effectively. Figure 15a shows one example profile. In figure 15b the total ice thickness derived from drilling (right axis) and the measured apparent conductivities (left axis) are shown. The correlation between total thickness and apparent conductivity can be seen clearly. In figure 16 the complete set of apparent conductivities measured in horizontal dipole mode with the instrument laid onto the snowlice surface are displayed versus total ice thickness derived by drilling. The (a first approximation) exponential relationship is evident. The inverse function of an exponential fit (solid line) provides a transformation equation to calculate total ice thickness from apparent conductivities. Also included in figure 16 (dashed line) is an exponential function which is the best fit to data measured in the Laptev Sea (Arctic Ocean) in sumrner. It is obvious that apparent conductivities measured in the

distance, m

distance, m

Fig. 15a: Sea ice thickness profile derived from drill-hole measurements. Abb. 15a: Eisdickenprofil, gemessen durch Eisbohrungen.

Fig. 15b: Profiles of total thickness (from fig. 5a) and apparent conductivity measured in different dipole modes and instrument elevations along the profile of figure 5a.

Abb. 15b: Profile der Gesamtdicke (aus Abb. 5a) und der gemessenen scheinbaren Leitfähigkeite fü verschiedene Dipolmoden und Instrumenthöhe entlang des Profiles in Abb. 5a.

Bellingshausen/Amundsen Seas are much higher, and therefore require a different transformation equation. These higher apparent conductivities may be due to higher mean salinities of the ice, but are probably mainly due to the high amount of holes, gaps and slush ice (sections 1 and 2). Under such circumstances EMI measurements are not as reliable as they are under arctic conditions.

to tal ice th ickn

Fig. 16: Relation between EM31 derived apparent conductivities (horizontal dipole mode, Instrument on the snow) and drill-hole determined total ice thickness for all datapoints during ANT-XI13. Also shown are exponential fits for the actual data (solid line) and for data from the Arctic Laptev Sea.

Abb. 16: Beziehung zwischen scheinbarer Leitfähigkei (gemessen mit dem EM31 im horizontalen Dipolmode in 0 m Höhe und an Bohrlöcher bestimmter Gesamteisdicke fü alle Einzelmessungen währen ANT-XIl3. Exponentielle Fits dieser Daten und an Daten aus der Laptev See (Arktis) sind ebenfalls dargestellt.

Continuous measurements from the ship 's bowcrane

During 5 days the EM31 together with a down-looking laser altimeter were suspended below the ship's bowcrane to obtain continuous ice thickness Information over longer profiles while the $hip was moving (figure 17). The EM31 was run in the vertical dipole mode (higher penetration depth, but less lateral resolution) at a height of approx. 4 m above the sea surface. While the EM mainly measures the distance from the Instrument to the ice water interface, ice thickness can be calculated by subtracting the laser measured distance to the ice surface. The measurements are hampered by two main factors: the ship steams through thin ice, open water cracks and leads rather than along a more representative straight line through every kind of ice. Furthermore, as ice floes are broken, a crack opens through the ice from the bow more or less straight ahead, resulting in a replacement of ice by water, causing an underestimation of ice thickness. Nevertheless, the measurements have been very successful as can be seen in figure 18, where part

of a profile is shown: with a ship's speed of 5 knts, 1000 datapoints are equivalent to a distance of approx. 130 m. Single ice floes can be easily identified from the EM data by the sharp decrease of apparent conductivity, and even thickness variations within a single floe can be identified. The lateral resolution of the measurements can be estimated from the spike-like feature near point 30000 in figure 18, where a floe fragment of roughly 8 m diameter still results in a strong signal in the EM data. Due to the small elevation of the laser above the water surface, the laser receives echoes even from the water, which enables one to calculate absolute freeboard values of the ice floes.

Fig. 17: Scaled sketch showing the Instrument configuration of the continuous electromagnetic bow measurements for the determination of ice thickness.

Abb. 17: Maßstäblic Skizze der Meßanordnun am Schiffsbug, mit der kontinuierliche Eisdickenmessungen vom Bugkran aus durchgeführ wurden.

25 0

E W E 200

â‚ .- > .- +.d

2 150 U C 0 0

100 1)

!i 3 5 0

24 25 2 6 27 2 8 2 9 30

point nurnber * 100 0

Fig. 18: Part of a EMILaser profile measured frorn the ship's bow as demonstrated in figure 17. With a ship's speed of 5 knts, 1000 datapoints are equivalent to a distance of approx. 130 m.

Abb. 18: Ausschnitt aus einem vom Schiffsbug gemessenen EMILaserprofil (Meßanordnun wie in Abb. 17). Bei einer Schiffsgeschwindigkeit von 5 Knoten entsprechen 1000 Datenpunkte einer Entfernung von ca. 130 rn.

4.3 Remote sensing

Within the framework of the Programme for International Polar Oceans Research (PIPOR) ground truth measurements had been carried out for the validation of ERS- 1 SAR data as well as for general studies of the large scale sea ice conditions in the Bellingshausen and Amundsen Seas with respect to air-sea-ice interactions. A detailed study of the large scale sea ice conditions was carried out using several satellite techniques as there are passive microwave data from the Special Sensor Microwave Imager (SSMI), optical and infrared data from the NOAA Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR) series and radar data from the Synthetic Aperture Radar (SAR) flown onboard the ERS-1 satellite. AVHRR data were received directly onboard the ship whereas SSMI data had been transmitted via e- mail. The ERS-1 SAR data were acquired at the German ERS-1 SAR receiving station at O'Higgins.

SSMI data

The SSMI is a seven-channel passive microwave radiometer flown onboard the US Defense Meteorological Satellite Project (DMSP) satellites. The radiometer measures vertical and horizontal polarized radiation at 19, 22 (vertical only), 37 and 85 GHz. For the analysis decribed in this report only the 19V and 37V channels had been used. The sea ice concentrations were calculated by Joe Comiso at NASA Goddard Space Flight Center (GSFC) using a two channel concentration algorithm. Ice concentration and brigthness temperature maps (19v and 37V) for 8 days during January to March 1994 have been processed. These data were transmitted in digital form via AWI to the ship where ice concentration maps have been produced. The time delay between data acquisition at the DMSP satellite station at Monterey, California, and the reception of the processed data onboard the ship was in the order of 1-2 days.

The SSMI derived ice concentrations for the austral Summer 1994 between the Antarctic Peninsula and about 130° show moderate ice conditions with minimum mean ice concentrations of about 45%. The highest values were reached northeast of Alexander island, north of Eights CoastIThurston Island (86OW-100°W and northwest of Pine Island Bay (105OW-1 10°W) An additional maximum was found in the western Amundsen Sea at about 1 30°W Significantly lower concentrations were observed in the eastern Bellingshausen Sea (east of Alexander Island) and in the central Amundsen Sea at about 110°W-1250W The SSMI derived sea ice concentration for two days in February 1994 are shown in figure 19.

During the observation period the mean ice concentration increased from about 45% end of January to 55% at mid of March. The total area covered by sea ice reached its minimum at end of February. From then On new ice formation as documented in this report caused an increase in the total ice covered area. A first rough estimate of the monthly ice concentration and ice extent indicates that the summer conditions for I993194 are comparable with the summer ice conditions in the first half of the last decade. The brightness temperatures of the SSMI channels 19V and 37V have consistently lower values than in other parts of the Antarctic. The Pattern of the 19Vl37V distribution is similar to what is expected for Arctic sea ice. Although the Bellingshausen/Amundsen Sea are regions of perennial ice cover some differences to the arctic signatures occur which might be explained by the thicker Snow cover especially in the Amundsen Sea.

Fig. 19: SSMI derived sea ice concentration for two days in February 1994 between the Antarctic Peninsula and about 130°W The spatial resolution is 25 km.

Abb. 19: Karten der Meereiskonzentration zwischen der Antarktischen Halbinsel und etwa 130°W bestimmt aus SSMI Daten fü zwei ausgewählt Tage im Februar 1994. Die räumlich Auflösun beträg 25 km.

NOAA A VHRR data

The shipborne High Resolution Picture Transmission (HRPT) station was used to receive AVHRR data from the satellites NOAA 10 to 12. About 8 passes per day were received and preprocessed. Out of these, 95 data Sets were selected for the Storage On magnetic tapes for postprocessing. The data were radiometrically calibrated and geocoded to allow a direct comparison between different NOAA passes as well as with the SSMI data. During daytime a simple difference algorithm (Channel 1-Channel 2) was used to estimate the sea ice coverage in case of cloudiness. A mosaik based on four single passes aquired during a period of one week at the end of January is presented in figure ICE10 to illustrate the large scale ice coverage. An obvious separation of the ice cover into at least four zonal regimes can be identified which coincides with the different ice concentration regimes extracted from the SSMI data: Ice conditions change from the compact closed ice cover north of Alexander island to lower ice concentrations in the central Bellingshausen Sea. West of about 87OW a very compact ice cover extends towards 115OW and could be observed at least for 6 weeks in JanIFeb. 1994. West of 1 15OW ice conditions were more variable with lower mean ice concentration. The polynia off Pine Island Bay was present there for at least two months. Indications of the existance of these different ice regimes during former years could be found in the passive microwave data time series covering the last 20 years.

The AVHRR data can be combined with the low resolution SSMI passive microwave data to validate the SSMI signatures of summer ice conditions. First comparisons indicate that the SSMI seem to underestimate the ice concentration especially in areas of high coverage. This can be observed for the compact ice area northwest of Alexander Island as well as for the extended high concentration area north of Thurston Island and West of Pine Island Bay. The areas of highest discrepancies between both data Sets coincide with areas where the SSMI channels indicate a suppressing of emissivities due to high Snow load. In addition to the acquisition for the scientific projects the shipborne AVHRR HRPT receiving station was used for operational support of navigation.

Laser altimeter measurements

Besides several other quantities like the ice concentration and the mean height of the floes, the ridge heights and the ridge intensity are important for the determination of the momentum transfer between the atmosphere and the ice. In addition to this the surface roughness is a key parameter for the Interpretation of SAR signatures. For the determination of ice roughness Laser Altimeter measurements by helicopter have been taken. Along the cruise track altogether 10 laser flights were performed resulting in 25 surface profiles with length of 4-1 1 nm and mean spatial resolution of about 15 cm. The total profile length was 212.5 nm (393 km). Seven of the flights could be performed as ERS-1 SAR underflights with less than about day time lag between ERS-1 pass and helicopter flight (fig. 21) 20 surface profiles were processed to obtain statistical quantities like the mean

Fig. 20: (next page) AVHRR channel 2 mosaik based on four single NOAA passes aquired during a period of one week at the end of January.

Abb. 20: (nächst Seite) Mosaik aus vier NOAA AVHRR Datensätzen aufgezeichnet innerhalb einer Woche Ende Januar 1994. Es ist jeweils der Kanal 2 dargestellt.

ridge height, the mean ridge spacing, the ridge intensity and the effective ice thickness within the ridges. For the remaining 5 profile a more extensive preprocessing had to be carried out to eliminate ambigous signals which were caused by larger concentrations of brash ice. Relatively high ridge intensities were found in the eastern Bellingsausen Sea and in the eastern and central Amundsen Sea whereas lower values occur in the Western Bellingshausen Sea (fig. 22). This separation correlates with the SSMI derived ice signatures as well as with the AVHRR visiblelinfrared data. A first comparison with roughness data collected in the Weddell Sea indicates that in areas of high shear activities the overall ridge intensity is in the Same order as for the Weddell Sea except for high ridge intensities.

Linescan measurements

A helicopterborne optical and infrared linescan camera system was used to estimate ice concentration and floe size distribution on a scale less than 1 km with a spatial resolution of about 2 m. Due to relative bad weather conditions (low ceiling height) during most time of the cruise altogether only 5 linescan flights could be carried out (fig. 23). Four of these flights could be performed as ERS-1 SAR underflights. The most western part of the cruise track (including flight no.5) was not covered by the O'Higgins receiving mask. The flight altitude was between 800 and 3000 ft corresponding to a surface swath width of 0.8 to 2.0 km respectively. The data were examinated and archived for further processing.

Fig. 21: Map showing locations of Laser Altimeter flights (triangles) and the corresponding ERS-1 SAR frames.

Abb. 21: Karte der Positionen der Laser-Altimeterflüg (Dreiecke) und der fast zeitgleich aufgezeichneten ERS-1 SAR Bilder.

Bellingshausen Sea

B

"C4

B* Amundsen Sea B

Longitude

Fig. 22: Zonal distribution of the sea ice ridge intensity as estimated from the Laser Altimeter flights. Abb. 22: Zonale Verteiluna der Rückenintensität des Meereises. basierend auf den Eraebnissen

der ~aser-~lt imeterf lu~e.

Fig. 23: Map showing locations of linescan camera flights (triangles) and the corresponding ERS-1 SAR frames.

Abb. 23: Karte der Positionen der Linescanflüg (Dreiecke) und der fast zeitgleich aufgezeichneten ERS-1 SAR Bilder.

5. BIOLOGIE

5.1 Benthosökologi (Dimmler, Gutt, ~ l i ~ e s , Starmans)

Struktur und Entwicklung

Der Fahrtabschnitt ANT-XI13 gab der AWI-Benthosarbeitsgruppe erstmalig die Gelegenheit, die Bodentierlebensgemeinschaften des Amundsen- und Bellingshausenmeers zu beproben. Ziel der Untersuchungen war eine erste Bestandsaufnahme, um einerseits einen Vergleich zur Fauna des südöstlich Weddellmeers durchzuführe und andererseits Material zu gewinnen, das Rückschlüs auf langfristige Entwicklungsprozesse des hochantarktischen Benthos ermöglicht Hierbei standen folgende Fragen im Vordergrund: Ist, ähnlic wie im Weddellmeer, eine Dominanz der sessilen, filtrierenden, z.T. "mehrstöckigen Epifauna festzustellen? Welche Unterschiede in dem Vorkommen verschiedener Lebensformen gibt es zwischen beiden Meeresgebieten? Ist der Grad der fleckenhaften Verteilung ähnlic hoch wie im Weddellmeer? Ist ein Effekt gestrandeter Eisberge auf das benthische System, insbesondere in der Marguerite Bay, zu beobachten? Inwieweit ähnel sich die Bodenbesiedlungen des kontinentalen Schelfs und bei Peter I. lsland; wie stellt sich, bedingt durch die räumlich Isolation und das nur kleine zur Verfügun stehende Areal, die Biodiversitä der Inselfauna im Vergleich zu dem verhältnismäà breiten Schelf dar?

Zur Beantwortung dieser Fragen wurden wegen der erwarteten Häufigkei epibenthischer Formen als bildhafte Methode ein ferngesteuertes Unterwasserfahrzeug (ROV) und fü die Probennahme das Agassiz-Trawl (AGT) eingesetzt. Die AGT-Fäng dienten überwiegen der Materialgewinnung zur Bearbeitung der prozeßorientiefie Fragestellungen (s.u.), es lieferte aber auch Referenzmaterial, um ein möglichs hohes Bestimmungsniveau der auf den Fotos und Videos abgebildeten Tiere zu erreichen. Das Unterwasserfahrzeug wurde auf 15 Stationen eingesetzt, davon entfielen drei auf ein Endmoränengebie im zentralen Amundsenmeer, je zwei auf das südöstlic und nordöstlich Bellingshausenmeer sowie Peter I. lsland und sechs auf die Marguerite Bay. Die Einsätz erfolgten auf dem Schelf in Wassertiefen zwischen 130 und 590 m, wobei Ca. 50% der Stationen flacher als 300 m waren, Das Gerä wurde als treibendes System eingesetzt, um die Bodenfauna auf einem gleichmäßig und gradlinigen Transekt währen der jeweiligen Station erfassen zu können Damit waren Geschwindigkeit und zurückgelegte Kurs wesentlich durch die Schiffsdrift bestimmt. Aktiv gesteuert wurde das Unterwasserfahrzeug, um einen möglichs konstanten Abstand von Ca. 20 Cm zum Meeresboden einzuhalten und um Hindernissen auszuweichen. Die Videoaufnahmen sollen der statistischen Auswertung kleinräumige Verteilungsmuster und der Gemeinschaftsanalyse dienen, währen die Ca, 80 Fotos pro Station die Bestimmung nicht eindeutig identifizierbarer Organismen ermöglichen Die Beobachtungszeit am Meeresboden betrug bei 12 Stationen eine Stunde, bei den übrige drei Einsätze wurde diese Zeit um eine halbe Stunde verlängert

Folgende erste Feststellungen könne trotz der im Verhältni zur Gröà des Untersuchungsgebietes geringen Stationszahl getroffen werden:

1. Es gibt einen deutlichen Unterschied zwischen dem Benthos des Weddell- und des Bellingshausen-/Amundsenmeers, Währen weite Bereiche des Weddellmeer-

schelfs mit einer reichen Epifauna, z.B. Schwämmen Bryozoen und Synascidien besiedelt sind, konnte dies im Amundsen- und Bellingshausenmeer nur selten und auch nur im Flachen (<I50 m) beobachtet werden. Auch die reichste Epifaunagemeinschaft in der Marguerite Bay unterscheidet sich in ihrer Artenzusammensetzung von vergleichbaren Gemeinschaften im Weddellmeer.

2. Es wurde relativ viel hyperbenthischer Krill in lockeren Dichten auch auf den tieferen Schelfstationen und eine relativ hohe Abundanz demersaler Fische und Oktopoden festgestellt. Auf Station 60 wurden erstmalig währen einer Antarktis- expedition von "Polarstern" Squids in Bodennäh in situ beobachtet.

3. lm Amundsen- und Bellingshausenmeer ist die relative Häufigkei und Präsen von Detritusfressern, wie z.6. den Seegurken Bathyplotes fuscivinculum oder Peniagone sp. höhe als im Weddellmeer.

4. Die typische Tiefseeholothurie Scotoplanes globosa, die im Weddellmeer bisher nur in seinem südlichste Teil in große Mengen gefangen wurde, trat im gesamten Untersuchungsgebiet dieser Expedition auf einer Schelfstation (St. 57) im AGT-Fang mit relativ hoher lndividuenzahl auf.

5. Peracaride Crustaceen waren insgesamt unterrepräsentiert beispielsweise wurde der in anderen Bereichen der Antarktis regelmäß auftretende Isopode Glyptonotus antatcticus überhaup nicht gefangen.

6. Die Molluskenfauna ist, nach erster Grobsortierung der Fänge spärlic präsent

7. Bei Peter I. lsland wurden nicht nur 4 Steinkrabben (Lithodes murray~) gefangen, sondern auch mittels des Untetwasserfahrzeugs auf Video in situ aufgezeichnet. Es handelt sich dabei um den zweiten und zugleich südlichste Fund reptanter decapoder Krebse in der Antarktis. Auffälli war hier auch die Häufigkei einer apodiden und einer cucumariiden Seegurkenart.

8. lm Amundsenmeer konnten Spuren gestrandeter Eisberge festgestellt werden, die eine unterschiedlich dichte und wenig diverse Bryozoenbesiedlung unterbrechen.

Ökophysiologi

Auf 11 Stationen zwischen I 7 0 und 630 m Wassertiefe wurde das Agassiztrawl (AGT) fü etwa 10 Minuten übe Grund geschleppt, auf 3 weiteren Stationen in Tiefen von 150, 160 und 400 m beködert Reusen fü 12 - 20 Stunden verankert. Die mit dem AGT gewonnenen Fäng enthielten groß Steine, die in Verbindung mit einem hohen Gehalt aufgesammelten Weichbodens zu einer außergewöhnli hohen Rate von Netzrissen beim Hieven (4 Stationen) führten Von den Biologen des Dallmann-Labors auf King-George-lsland (Jubany Station) wurden benthische Wirbellose und Fische übernommen um sie lebend an das Alfred-Wegener-Institut und das Institut fü Polarökologi in Kiel zu überführe

Das Spektrum der gehalterten Evertebraten und Fische erstreckt sich übe Ophiuroiden (Ophionotus victoriae, Astrotroma agassizzi~), Echinoiden (Sterechinus neumayer~), Priapuliden, Isopoden (Aega antarctica, Ceratoserolis trilobitoides, Antarcturus sp.), Amphipoden (Orchomene plebs), dekapode Crustaceen (Notocrangon antarcticus, Chorismus antarcticus, Lithodes murrayo,

Krill Euphausia superba, Gastropoden (Laeviculina antarctica), Octopoden (Pareledone sp.) und verschiedene Fischarten. Die biochemisch-physiologischen Fragestellungen lassen sich aufgrund der aufwendigen Analytik und der Streßsituatio gehalterter Tiere an Bord erst späte im Institut durchführen Die unten aufgeführte ersten Ergebnisse beschränke sich daher auf beschreibende Elemente.

Die Frage, wie sich der Status quo der Lebenszyklen ausgewählte hochantarktischer Evertebraten darstellt, wird an 3 Arten (Orchomene plebs, Notocrangon antarcticus und Ophiacantha antarctica) beabeitet werden, zu denen bereits Ergebnisse aus dem Weddellmeer vorliegen. Mit einer beköderte Reuse, die fü 20 Stunden in 160 m Tiefe in der Marguerite Bay verankert war, wurden von dem nekrophagen Amphipoden 0. p lebs etwa 15000 Individben aller GröBenklasse (2-35 mm) gefangen. Mit dieser Reuse wurden auch 8 Fische mehrerer Tremafomus-Arten gefangen, die sich, wie erste Beobachtungen im Aquarium zeigten, zwar in ihrem Beutefangverhalten unterschieden, sich aber alle von schwimmenden 0. plebs ernährten Eine weitere Reuse wurde 6 Wochen späte etwa 35 km süd6stlic der vorangegangenen Reusenstation in 360 m Tiefe ausgelegt. Der Fang setzte sich aus nur 3 lndividuen der sonst häufige 0. plebs , I 0 Isopoden (Aega antarctica) und 23 Aalmuttern (Zoarcidae) zusammen. Die Bestimmung von 3toffwe~hselraten~ Nahrungsumsatz, Assimilationseffizienz wird an 0. plebs möglic sein, da eine ausreichend groß Laborpopulation zur Verfügun steht. Ergänzen sind Untersuchung der Temperaturanpassung von Enzymen und die Anlage von Speicherlipiden unter im Labor zu simulierenden, veränderbare Umweltbedingungen, wie z.B. Temperatur, Nahrung, Lichtregime geplant. Zu verschiedenen Zeitpunkten wurden bereits an Bord Individuen verschiedener GröBenklasse aus der Hälterun entnommen und fü später Lipid- bzw. Enzymanalysen tiefgefroren. Gleichzeitig,, wurden Hämolymphprobe entnommen, um den zeitlichen Verlauf mögliche Anderungen des Hämocyanin und Proteingehalts unter Hälterungsbedingunge genauer verfolgen zu können Fü Vergleichszwecke wurden von verschiedenen anderen Arten (Lithodes murrayi, Euphausia superba, Ceratoserolis trilobitoides, Notocrangon anfarcticus)

r nach dem Fang Blutproben entnommen.

Das Vorkommen der Steinkrabbe Lithodes murrayi vor Peter I, lsland ist der bislang südlichst Fund reptanter Dekapoden im Südpolarmeer Unter zoogeographsichen Gesichtspunkten wird Peter I. lsland in die hochantarktische Region einbezogen. Der Fang dieser Art bestätigt daà höher dekapode Crustaceen durchaus unter hochantarktischen Bedingungen existieren können Fü später vergleichende physiologisch-biochemische Analysen wurden dem größt ( I0 Cm Carapaxlänge und einem der drei kleineren Exemplare (3,s Cm Carapaxlänge etwa 6 bzw. 2 ml Hämolymph entnommen. Anschließen wurden diese Tiere bei -80° tiefgefroren. An diesem Material sollen Lipidgehalt und -zusammensetzung sowie die kinetischen Eigenschaften und der Gehalt an Schlüsselenzyme des §toffwechsel im Gewebe ermittelt werden. lm Vergleich zu den auf dem kontinentalen Schelf vorkommenden Garnelenarten Notocrangon antarcticus und Chorismus antarcticus lassen sich auf biochemische bzw. physiologischer Ebene möglicherweis Anhaltspunkte fü die Absenz von reptanter dekapoder Krebse auf dem Schelf finden. Warum ein polare Emergenz dieser sonst eher als Tiefseeart bekannten Steinkrabbe bei Peter I. lsland und nicht auf dem kontinentalen Schelf zu beobachten ist, wird möglicherweis durch die Ergebnisse der geplanten Analysen des konservierten Probenmaterials ersichtlich.

5.2 Zooplankton (i-iarm, Metz, Schiel)

Die zooplanktologischen Untersuchungen hatten im wesentlichen drei Ziele: -Erfassung der Zooplanktongemeinschaften in Verbindung mit Wassermassen, Wassertiefe und Meereisbedeckung,

-Wegfraà von natürliche Phytoplanktonpopulationen durch dominante calanoide Copepoden und

-Bestimmung von Freßrate einzelner Copepodenarten in Abhängigkei vom Nahrungsangebot.

Zur Untersuchung der Zooplanktongemeinschaften wurden 2 verschiedene Planktonnetze eingesetzt: Das Multinetz, ein Mehrfachschließnet mit 5 Netzbeuteln von 55pm Maschenweite zur Erfassung der vertikalen Verteilung des Mikro- und Mesozooplanktons, kam auf 21 Stationen zum Einsatz (Abb. 24). Das Netz wurde vertikal bis maximal 100Qm bzw. auf flacheren Stationen bis zum Boden gefahren. Die getrennt durchfischten Tiefensfufen richteten sich jeweils nach der Schichtung der Wassermassen, die durch vorangegangene Messungen mit der CTD ermittelt wurden.

Mit dem RMT 8+1 (Rectangular Midwater Trawl) wurden auf 24 Stationen Doppelschräghol (0-200-0 m) zur Befischung des Epipelagials durchgeführ (Abb. 24). Das großflächi RMT 8 (8 m2 Netzöffnung Maschenweite 4,s mm) ermöglich eine Probengroße die eine quantitative Beschreibung der Populations- zusammensetzung des Krill und anderer Makrozooplaf~ktonaflen erlaubt. Die Fäng des kleinmaschigen RMT 1 (Netzöffnun 1 m*, Maschenweite 300 pm) repräsentiere den obergangsbereich vom Makrozooplankton (RMT 8) zum Mikro- IMesozoopIankton (Multinetz) und erfassen die Larven- und Jugendstadien von Euphausiaceen, Mysidaceen und Dekapoden.

Alle Proben wurden unmittelbar nach dem Fang in 4%-igem Formaldehyd in Seewasser konserviert. Die Bearbeitung der Multinetzproben erfolgt späte im Labor. Die RMT-Fäng wurden bereits an Bord sortiert und die einzelnen Taxa bis zur Art bestimmt. Beim Krill erfolgte auch eine Unterscheidung nach Reifestadien. AuBerdem wurden Längenmessunge an Euphausiaceen, Mysidaceen und an der Salpe Salpa fhompsoni vorgenommen, bei den Salpen wurde zusätzlic eine Feuchtgewichtsbestimmung durchgeführt Insgesamt konnten 16400 Euphausia- ceen, I 5 4 Mysidaceen und 8361 Salpen vermessen werden, dazu kamen 3152 Larven der Euphausiaceen-Art Thysanoessa macrura.

Fü experimentelle Untersuchungen wurden ausgewählt Copepoden aus den oberen 500m der Wassersäul mit einem Nansen- oder Bongo-Netz gefangen. Die Tiere wurden aus dem Fang herauspipettiert und im Kühlcontaine bei O° gehaltert. Der Wegfraà von Phytoplankton durch calanoide Copepoden wurde auf 9 Stationen untersucht. Das Nahrungsangebot bestand aus der natürliche Phytoplanktonkonzentration und -Zusammensetzung, das entweder mit der Rosette aus der Chlorophyll-Maximumwassefliefe oder mit der Schiffspumpe aus der Wasseroberfläch gewonnen wurde. Die Experimente erfolgten an den auf den Stationen dominanten große Copepodenarten (Calanoides acutus, Rhincalanus gigas) und einer Mischpopulation, bestehend aus jungen Entwicklungstadien groBer Arten und aus kleinen Arten (Slmm). Diese Experimente wurden durch Nahrungsuntersuchungen mit Eisalgen und dem kleinen Copepoden Stephos longipes ergänzt einer Art, die in große Konzentrationen im Meereis und in der Untereisschicht vorkommt.

X Multinet

Abb. 24: Lage der Multinetz und RMT Stationen, Verbreitung der Saipen Fig. 24: Position of the multinet and RMT Stations, distribution of salps

Die Ernährungsweis der dominanten poecilostomatiden Art Oncaea curvata wurde experimentell untersucht und die Freßrat ermittelt. Kulturen der Diatomee Prorosira pseudodenticulata und des Dinoflagellaten Prorocentrum redfieldii, sowie einer natürliche Phaeocystis- Blüt und Eisalgen wurden in verschiedenen Konzentrationen als Nahrung angeboten. Außerde wurde das Freßverhalte gegenübe calanoiden Copepoden, Copepodennauplien und Kotballen beobachtet.

Vorläufig Ergebnisse

11 der 13 mögliche Reifestadien des Krill, Euphausia superba, wurden gefunden. In allen Proben fehlten die laichreifen und abgelaichten Stadien. In den RMT- Fänge wurden insgesamt 117 Zooplanktonarten identifiziert (Tab. 5), zudem Adulte der Fischarten Electrona antarctica, Pleuragramma antarcticum und Paralliparis antarcticus.

Hydrozoa Scyphozoa Siphonophora Ctenophora Cephalopoda Gastropoda Polychaeta Copepoda Euphausiacea Euphausiacea lawae Gammaridea Hyperiidea Mysidacea Ostracoda Chaetognatha Thaliacea Pisces lawae .

Anzahl der Arten

5

Anzahl der N 1000/rn3 Individuen max.

11 1 3 1

2375 7 1 3 1 2

6 1 506 4 2 274 9 8

26763 1777 16400 362 31 52 992

130 4 1135 2 6

154 13 1162 305 5402 1061 8361 226 1030 39

häufigst Art

Calycopsis borchgrevinki Periphylla periphylla Pyrostephos vanhoeffeni Beroe forskalii Allurotenthis antarcticus Limacina helicina Pelagobia longicirrata Calanoides acutus Euphausia crystallorophias Thysanoessa rnacrura Eusirus propeperdentatus Themisto gaudichaudii Antarctornysis ohlini Alacia belgicae Sagitta gazellae Salpa thornpsoni Pleuragrarnma antarticurn

Tab. 5: Ergebnisse der RMT 8+1-Fäng

Auf dem Schelf fand sich eine neritische Gemeinschaft, die durch Fischlarven, Dekapodenlarven und den Eiskrill Euphausia crystallorophias charakterisiert war. Jenseits des Kontinentalhanges fehlten diese Arten. Der antarktische Krill, Euphausia superba, wurde auf 20 Stationen gefunden. Im Bellingshausenmeer enthielten die Fäng regelmäß Krill, meist in Konzentrationen c10 Individuen1 1000 m3. Die größ Krillmenge (278 Ind.11000 m3) wurde auf der ozeanischen Station 29/45 angetroffen. Im Amundsenmeer kam Krill auf 3 von 5 Stationen vor, und die Konzentrationen lagen unter 1 Ind./lOOO m3 (Abb. 2). Larven wurden nur von 1 Euphausiaceen-Art, Thysanoessa macrura, auf 4 ozeanischen Stationen gefunden, die Adulten dieser Art kamen regelmäß in niedrigen Konzentrationen (zwischen 1 und 83 Ind./lOOO m3) in den Fänge vor. Salpa thompsoni dominierte im Bereich der Bransfield Straß die Zooplanktongemeinschaft, die größ Konzentration betrug 264 Ind./lOOO m3 bzw. 1134 g Feuchtgewicht/1000 m3 (Abb. 24). Im Gegensatz dazu fehlte diese Art im Bellingshausen- und Amundsenmeer fast völlig

Abb. 25: Verbreitung des Krill Fig. 25: Distribution of krill

17 Amphipoden-Arten wurden identifiziert, wobei die Hyperiiden mit 11 Arten stärke vertreten waren als die Gammariden (6 Arten). 70% aller Amphipoden gehörte zu der Hyperiiden-Art Themisto gaudichaudii. Die Arten Cyllopus magellanicus und Vibilia antarctica, die im Bereich der Antarktischen Halbinsel häufi anzutreffen sind, fehlten im Bellingshausen- und Amundsenmeer völlig währen Cyllopus lucasii und Prjmno macropa im gesamten Untersuchungsgebiet regelmäß gefangen werden konnten.

Die Siphonophoren Diphyes antarctica und Dimophyes arctica kamen am häufigste im Halbinselgebiet vor, währen Pyrostephos vanhoeffeni vorwiegend im Bellingshausenmeer gefunden wurde, z.T. in Mengen von 59 bis 71 Ind./IOOO m3. 512 Mollusken befanden sich in den Fängen dabei wurden Cephalopoden nur auf ozeanischen Stationen gefangen, Gastropoden jedoch regelmäß im gesamten Gebiet. Die Copepoden stellten zahlen- und artenmäß den Hauptanteil der Taxa. Die häufigst Art Calanoides acutus wurde auf allen Stationen angetroffen, die höchst Konzentration mit 1400 Ind./IOOO m3 auf der Schelfstation 29/57 im Amundsenmeer. Diese Art dominiert in vielen Regionen des Südpolarmeeres Die zweithäufigst Art, ßhincalanu gigas, ist ein typischer Vertreter des antarktischen Zirkumpolarstromes. In unseren Untersuchungen hatte sie ihr größt Vorkommen (1460 Ind./IOOO m3) auf der ozeanischen Station 29/73.

Die groß Anzahl der in den Fänge gefundenen Fischlarven (1030) von 21 Species bestätig die Vermutungen, da Fische in größer Anzahl im Bellingshausenmeer leben und hier auch laichen. Gleiches gilt auch fü Dekapoden und Euphausiaceen, sodaà das Bellingshausenmeer wahrscheinlich das "upstream" Gebiet fü die Antarktische Halbinsel und die Scotia See darstellt.

6. LUFTCHEMIE (Rex)

Marines Phytoplankton gilt als Produzent einer Gruppe reduzierter Schwefelverbindungen, von denen Dimethylsulfid (DMS) bei weitem die bedeutenste Komponente ist. Durch windinduzierten Gasaustausch gelangen diese Verbindungen in die Atmosphäre wo sie innerhalb weniger Tage zu Sulfat oxidiert werden. Die Sulfatverbindungen bilden Aerosolpartikel, die als Wolkenkondensationskerne die Bildung und die Struktur von Wolken beeinflussen.

Ein mögliche Rückkopplungsmechanismu auf das Klima wird zur Zeit diskutiert. Steigt durch eine erhöht Primärproduktio die DMS-Konzentration in Ozean und Atmosphär an, bilden sich mehr Wolkenkondensationskerne, wodurch sich der Wassergehalt der Wolken auf eine größe Anzahl kleinerer Tropfen verteilt, was letztlich zu einer Vergrösserun der Wolkenalbedo führt Dies senkt die Oberflächentemperatu der Erde ab und hat damit wieder einen Einfluà auf die Primärproduktion Um die Wirksamkeit dieses Regelmechanismusses abschätze zu können muà geklär werden, wie groà die globale Quellstärk von DMS ist, und welcher Anteil der Aerosolpartikel in mariner Reinluft aus der Oxidation von DMS stammt.

6.1 Dimethvlsulfid in Luft und Seewasser

Zweimal am Tag wurden jeweils zwei parallele Luftproben und eine Seewasserprobe gesammelt und gaschromatographisch analysiert. Als besonders interessant erwiesen sich dabei die Messungen in der Marguerite Bay und in

einem Gebiet innerhalb der Ronne-Entrance, da dort jeweils in einer Algenblüt mit sehr hoher Primärproduktio gemessen werden konnte. Die gefundenen DMS- Werte erreichten Rekordwerte von 5000-6000 ng DMS pro Liter Seewasser und 2500 ng DMS pro Kubikmeter Luft. In der Marguerite Bay konnte auf der Rückfahr gut fün Wochen späte bei weiter andauernder Algenblüt nochmals gemessen werden. Die Artenzusammensetzung der Algen hatte sich in der Zwischenzeit vollständi verändert Die DMS-Konzentrationen waren auf 100-150 ng DMS pro Liter Seewasser und 300-500 ng DMS pro Kubikmeter Luft abgesunken.

Die Werte, die währen der restlichen Fahrt gefunden wurden, bewegen sich zwischen 50-1500 ng DMS pro Liter Seewasser und 100-800 ng DMS pro Kubikmeter Luft. Sie sind damit etwas größ als die Werte, die aus dem südliche Atlantik bekannt sind und liegen in der gleichen Größenordnun wie sie im Weddellmeer gefunden wurden.

6.2 Konzentration von Wolkenkondensationskernen

Zur Messung der Konzentration von Kondensationskernen wurden zwei Gerät betrieben. Ein kontinuierlich arbeitender Kondensationskernzähle auf Butanol- Basis wurde mit sehr hohen Dampfübersättigung eingesetzt, um alle Kondensationskerne im Überblic zu erfassen. Dafü wird in einem Luftstrom zunächs eine Butanolsättigun hergestellt. Anschließen wird der Strom abgekühl und dadurch eine hohe Ubersättigun erreicht. Das an den kondensierenden Tröpfche gestreute Licht eines senkrecht einfallenden Lichtbündel wird mittels eines Photodetektors aufgezeichnet.

Die fü die eigentliche Wolkenbildung relevanten Wasserdampfübersättigung wurden von dem zweiten Gerä hergestellt. Es handelt sich um eine thermische Gradient-Diffusionskammer, bei der in einem Wasserdampfstrom zwischen einer warmen und einer kalten Wasseroberfläch Übersättigung zwischen 0,1% und 2% eingestellt werden können Dieses Gerä simulierte die Wolkenbildung mit drei verschiedenen Übersättigung computergesteuert an 36 Terminen pro Tag. Von den kondensierenden Tröpfche wurde jeweils eine Bildsequenz mit einer CCD- Kamera digital aufgezeichnet und zur spätere Auswertung auf Datenträge gesichert. Aus den Daten lassen sich Rückschlüs nicht nur auf die Anzahl der Kondensationskerne sondern auch auf deren Beschaffenheit schließen

UNTERSUCHUNGEN DER WASSERSAULE

7.1 Ozeanoarauhie (Brunßen

Die physikalischen Messungen waren Bestandteil eines gemeinsamen Projekts (Untersuchung des Unterwasser-Lichtfeldes im Hinblick auf biologische Prozesse) der AWI-Arbeitsgruppen Meeresphysik und Biooptik, sowie der Arbeitsgruppe Laserphysik der Universitä Oldenburg. Dabei wurden von der physikalischen Seite folgende Ziele verfolgt: Bereitstellung der hydrographischen Daten (Temperatur, Salzgehalt U. a.) und Untersuchung optischer Eigenschaften des Meerwassers hinsichtlich ihrer Eignung als Wassermassen-Kenngroße Als profilierende Sonde wurde eine CTD vom Typ Seabird 91 Iplus eingesetzt; diese war in eine Rosette mit 12 Wasserschöpfer integriert. Zusätzlic zu den Temperatur- und Leitfähigkeits-Sensore verfügt die CTD übe zwei Haardt-Sensoren zur Messung der Chlorophyll- und der Gelbstoff-Fluoreszenz. Insgesamt wurde diese CTD-

Konfiguration auf 21 Stationen eingesetzt, von denen sich 18 Stationen 4 Schnitten zuordnen lassen. Die CTD-Profile wurden soweit möglic bis zum Boden aufgenommen, die maximale Tiefe betrug aus technischen Gründe 3000 Meter.

Tab. 6: Haardt-Fluorometer, HW: Halbwertsbreite

Gelbstoff 450 nrn Bandpass, HW: 50 nm 530 - 590 nm Bandpass

Anregungswellenlange Filter Detektionswellenlange Filter

Tab. 7: Stationsübersich (291 ...)

Chlorophyll 380 - 540 nm Bandpass 681 Bandpass, HW: 18 nm

Schnitt

Weiterhin wurde das am AWI entwickelte COMED (Continuously Measuring Device). betrieben, das sich im Brunnenschacht befand. COMED registrierte kontinuierlich Temperatur, Salzgehalt, Chlorophyll-Fluoreszenz und Mie- Rückstreuung Auch wurden mit einem Laborgerä die Fluoreszenz-Eigenschaften von 88 einzelnen Wasserproben auf 16 Stationen analysiert. Bei diesem Gerä handelte es sich um das Perkin Eimer Lumineszenz-Spektrometer LS-50. Es wurden bis zu 18 verschiedene Kombinationen von Anregungs- und

I

Detektionsfrequenzen pro Wasserprobe eingestellt.

Salzgehalt

,̂ r-̂ IV

Abb. 26: T-S-Diagramm aller Stationen Fig. 26: T-S-Diagram of all stations

57, 61, 62 $6 Stationen 10, 11, 16 18, 20 ,24, 28, 33

42, 43 ,45 49, 50, (51)

Anhand der unkalibrierten Temperatur- und Salzgehaltsprofile sind zwei verschiedene Wassermassen zu erkennen, das Antarktische Oberflächenwasse (AASW) und das vom Antlantischen Zirkumpolarstrom (ACC) transportierte Antarktische Zirkumpolarwasser (ACW). Diese Wassermassen sind auch im T-S- Diagramm zu erkennen (Abb. 1). Die Abbildung zeigt die Temperatur- und Salzgehalts-Daten aller 21 CTD-Stationen. Da die maximale Tiefe dieser CTD- Konfiguration nur 3000 m betrug, konnten das Antarktische Bodenwasser (AABW)und das Eis-Schelf-Wasser (ISW), die in größer Tiefen zu erwarten gewesen wären nicht erfa§ werden. Die verwendete Nomenklatur bezieht sich auf die Bezeichnungen der Wassermassen bei Pickard, Emery : "Descriptive Physical Oceanography".

7.2 Halogenated hvdrocarbons (Abrahamsson)

The main objective was to study the amount of naturally produced halocarbons emitted from the ocean surface to the atmosphere in Antarctic waters. Emphasis was also put on the formation of halocarbons by sea ice communities, as well as by planktonic phytoplankton. Moreover, the distribution of naturally produced substances within the total water body was studied, with special attention to the water just above the sediment surface.

Sampling

In accordance with the objective, surface water samples and air samples were collected throughout the cruise. The water was collected through the sea water inlet of the Polarstern. Air was collected at the aft deck of the ship. Samples was also drawn from the twelve bottle rosette at 21 stations. In addition, bottom water was collected from the Multicorer at 16 stations (Tab. 8). All samples were collected with 100 ml glass syringes.

Ice cores were collected at five occasions (Tab. 8). The cores were sliced in 20 cm portions, and placed in plexiglass containers. The cores were then incubated at 0" and at an irradiance of 50 pmoles photons s-1 m-2. The ice was allowed to melt slowly, and one sample from the air and the melted ice was taken every day for four to six days.

Studies of the formation rate of halocarbons by micro-organisms were performed at 12 occasions. Approximately 15 l of surface water was filtered through five different sized filters (1000, 150, 12, 2 and 0.4 u,m respectively). For each fraction, 200 ml of water was collected. The water was then divided into 50 ml glass bottles with teflon- lined screwcaps. Care was taken to avoid any headspace volume minimizing losses due to evaporation. The samples were then incubated at room temperature and an irradiance of 650 pmol photons s-1 m-21 or at 0" and 75 pmoles photons s-I m-2. One sample from each fraction was analysed every day for four days. Pore water from three different sediment cores (stations 29/48, 29/63 and 29/66) collected with the Multicorer, was analysed for halocarbon content. The cores were divided in 6 Segments, 0-2, 2-5, 5-10, 10-15, 15-20 and 20-25 Cm. The time dependent release of halocarbons from the sediment was studied at three occasions ( station 29/45, 29/63 and 29/75). The sediment cores were incubated at 0" and an irradiance of 50 pmoles photons s-1 m-2. Water samples were drawn approximately every 12 h.

Station Rosette Multicorer Ice core Algae filtration X X

Tab. 8: Summary of station work Tab. 8: Ubersicht zu den Stationsarbeiten

Analytical procedure

The compounds were pre-concentrated with a purge- and trap technique and determined by capillary gas chromatography with electron-capture detection. The substances determined were freon 12, freon 11, freon 22, freon 113, methyl chloride, methyl bromide, methyl iodine, iodoethane, 2-iodopropane, 1- iodobuthane, 2-iodobuthane, dichloromethane, chloroform, methylchloroform, carbontetrachloride, trichloroethylene, perchloroethylene, dibromomethane, bromodichloromethane, dibromochloromethane, bromoform, chloroiodomethane, The detection limits vary from 5 pgll to 60 pgll with a precision of 2-7 % for the individual compounds. The compounds were identified with gas and liquid standards. The standards were run every other day, and blanks monitored throughout the cruise.

The surface waters of the Bellinghausen and Amundsen Seas showed levels of biogenic halocarbons well below that of other Polar regions. The mean concentration of for instance bromoform at the Polar Front was 4 ngll, which should be compared to values around 1 ng/l On this cruise. Elevated concentrations could be seen at the end of the cruise close to the Antarctic Peninsula. Except for methyl iodide, there was no obvious relationship between blooms of Phaeocystis sp., which was the dominant algae species, and the concentrations of halocarbons. Studies of the formation of halocarbons by different size classed micro-organisms showed that the fraction containing mainly Phaeocystis sp. (1000-150 um) produced methyliodide rather than other halocarbons (Fig. 27).

Fig. 27: The formation rate of methyliodide (CH31), chloroform (CHC13) and bromoform (CHBr3) by phytoplankton. The different series describes the rate of forrnation from different size fraction in um.

Abb. 27: ~ i ldun~sraten von Methyliodid, Chloroform und Bromoform durch Phytoplankton. Die verschiedenen Serien zeigen die Bildungsraten unterschiedlicher Größenklass in prn.

The distribution of halocarbons in the water column along a transect from Peter I. Island and the coast, can be seen in Figure 2. The figures show examples of a mainly man-made compound, carbontetrachloride (CC14), and a naturally produced one, dibromomethane (CH2Br2). Carbontetrachloride is used as a tracer of water masses, and from its depth profiles one can clearly see the two dominant water masses, the Antarctic surface water and the Antarctic circumpolar water. A naturally produced compound is usually found in higher concentrations in the upper most water layer, due to the phytoplanktonic activity. Interestingly, CH2Br2 behaves differently.

Ternperature (¡C

Ternperature (¡C

ng/1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0 8

0

500

1000

1500

2000-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 Ternperature (¡C

ng/1

Ternperature (¡C

1 ; 1 Ternperature

Station 29/49 ~ ~ . ~ ' . . ~ ~ ' ~ ~ . . 3 ~ ~ ~ . ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ' ~ ~ . .

-2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5

Ternperature (¡C

Fig. 28: The distribution of two halocarbons and frorn Peter I. Island and the coast.

Abb. 28: Verteilung zweier Halocarbone und der Peter 1. Insel zur Küste

temperature in the water column along a transect

Temperatur in der Wassersäul auf dem Profil von

At station 29/43 an inverse depth profile was Seen with elevated concentrations occurring at the bottom. This phenomena could also be Seen at station 29/50, and most surprisingly this was also true for CC14. Elevated concentrations close to the sediment could also be Seen for a number of compounds, such as trichloroethylene and chloroform. Analyses of Pore water from sediments show that halocarbons are present in elevated concentrations in the sediments. This is examplified in Figure 29 that shows the depth profiles for CHpBr2 and CC14. If halocarbons were released from the sediments this could account for the increase in concentrations close to the sediment surface. Therefore the release of halocarbons from the sediments was studied. It could be Seen that most of the compounds measured, except for the freons, were released from the sediment.

Fig. 29: The distribution of carbontetrachloride (CC14) and dibromomethane (CHaBrg) in Pore water from a sediment core.

Abb. 29: Verteilung von Tetrachlorkohlenstoff und Dibrommethan im Porenwasser eines Sedimentkernes.

7.3 Bioowtik (Stambler, Reynolds, Bracher, Hoge, Tilzer)

Light utilization by phytoplankton in the Bellingshausen and Amundsen Seas

Modelling primary production in the Southern Ocean requires information on the optical properties of seawater, the absorption capabilities of suspended particulates (specifically phytoplankton), and the efficiency at which absorbed light energy is converted into particulate matter. The goals of this study were to characterise the light environment within the Open ocean, and to define the responses of algal communities to their respective light regimes. In particular, our investigations

focused upon the energetics of light utilisation, primary production and quantum yield of photosynthesis. The information obtained during this cruise will be used to test and refine existing bio-optical models of primary production, and determine their suitability for this specific oceanic region.

Work at sea

We sampled 21 stations within the Bellinghausen and Admundsen Seas during the period of the cruise (Table 1). These included both Open ocean stations in deep water (depths >3000m) and stations over the continental shelf (depths <1000m). Of the latter, these stations included ones with little or no ice Cover (open water) as well as stations deep within the sea ice. When possible, measurements were carried out close to the middle of the day to take advantage of optimal irradiance conditions. In situ light measurements and water samples were restricted to the upper 100m of the water column. In addition to station work, some additional experiments were performed On sea ice microalgal communities (kindly provided by the ice group) and on cultures isolated from the water column and grown under controlled conditions within the laboratory cold room.

Location s W

Water depth

3440 795 382 447 586 628 495 327 74 1 582 285

1730 3800 1297 683 550 566 61 2

1568 2380 31 48 4336

Chloroph. maximum

(m) 44-75

3-62 (50) 3-32 3-38

2-53 (2) 2-31 (10)

2-26 0-45

1 -80(50)

1 -47(20) 4-40

34 3 5

0 3 0

3-58 (28) 0-47(5)

0-48 (20-30) 0-56 (20)

0-65 0-52(35)

Chlorophyll concentr.

(aChTO 0.1 5-0.36 0.20-0.45 0.80-1.30 0.27-0.59 0.20-0.40 0.20-0.40 2.80-4.00 0.20-5.80 1.90-2.70

0.27-0.40 0.13-0.34 0.15-0.26 0.13-0.14 0.1 4-0.23 0.12-0.15 0.56-1.29 0.47-0.82 0.30-0.60 0.20-0.30

0.33 0.50-0.90

SChl euph. zone L

13.4 23.3 24.0 18.9

123.8 82.1

50.19

11.9 17.7

9.1 14.5

12.5 31.8 24.6 22.8 19.3 18.7 32.6

Tab. 9: A Summary of station locations, rnaximum water depth, chlorophyll a information, and the depth of the euphotic zone. For this table, the euphotic Zone was calculated as the depth to which 1% of the downwelling irradiance measured at 1 m penetrated.

Tab. 9: Zusammenfassung von Stationen, max. Wassertiefen, Chlorophyll a und die Tiefe der euphotischen Zone. Die Tiefe der euphotischen Zone wurde berechnet als die Tiefe, die noch von 1 % der bei 1 m Tiefe gemessenen Einstrahlung erreicht wird.

In situ measurements

Vertical profiles of photosynthetically available radiation (PAR, 400-700 nm) were measured using two cosine-corrected detectors (one upwelling and one downwelling, both Licor model Li-192SA) and one spherical 4p collector (Licor Li- 193SA). The Sensors were connected to custom-built operational amplifiers and interfaced with a Sea Bird model 91 11plus CTD for data acquisition. During these profiles, incident scalar irradiance (PAR) at the sea surface was continuously monitored using a Biospherical Instruments QSR-240 (2p collector).

In conjunction with the above measurements, the spectral distribution of the underwater light field (both up and downwelling) was measured using a Biospherical MER-2040 underwater spectroradiometer. Within the PAR spectrum, spectral light intensities were measured at wavelengths of 412, 443, 465, 490 510, 520, 550, 560, 615, 633, 665 and 683 nm (10 nm bandwidth). These included the wavelengths which will be measured by the SEAWIFS ocean color satellite. In addition, two UV wavelengths (340 and 380 nm), scalar PAR and the solar- stimulated fluorescence of chlorophyll a were measured. Instrument problems with the on-deck spectroradiometer precluded reference measurements of spectral values for surface irradiance during these profiles, but changes in surface light intensity were monitored (Biospherical , 2p collector, PAR).

Date in 1994

Fia. 30: Photosvntheticallv available scalar radiation at the sea surface rneasured continuously frorn 4.2.94to 1.3.94:

Abb. 30: Photosynthetisch verfügbar Solarstrahlung an der Meeresoberfläch (4.2.94-1.3.94)

In addition to the underwater measurements, incident scalar irradiance (PAR) at the sea surface was continuously recorded (10 min resolution) throughout the cruise by a Licor Sensor (Li-193SA) mounted on the forward superstructure of the ship and connected to a Licor datalogger (Li-1000-32).

A prototype fast repetition rate fluorometer (FRRF) was used for in situ measurements of the stimulated variable fluorescence yield of chlorophyll a. In addition, measurements were performed on deck using dark-adapted water samples collected from the rosette. This Information will be used to examine spatial and temporal variations in the functional absorption cross-section of Photosystem I1 and assess the photosynthetic conversion efficiency of phytoplankton.

A Yellow Springs Instruments model 6000 oxygen probe was attached to one of our instrument packages and provided measurements of dissolved oxygen and pH at selected depths within the water column. A Sea Bird 91 llplus-CTD connected to a 12 bettle rosette (General Oceanics, 12 liters) was used to obtain measurements of temperature, salinity, and stimulated chlorophyll a fluorescence from depths to 3000m (see report by J. Brunßen) and to obtain water samples from discrete depths for further analyses.

Water sarnple analyses

Water samples were collected from the rosette at 4-5 depths within the upper 100m. For each station, samples were taken at each depth for the following measurements:

Algal species identification and number: 150 rnl from each depth was presewed with Lugol's presewative and stored at -4OC. Live samples were exarnined microscopically to give a qualitative estimate of the dominant species present. Cultures were started frorn selected water sarnples for experimental studies conducted On board.

Photosynthetic pigrnents concentration: 1-2 liters of water sarnple were filtered onto glass fiber filters (GFIC) and extracted overnight in 90% acetone (4OC, dark). The concentration of chlorophyll a. in the extract was rneasured fluorometrically with a Turner Designs fluororneter previously calibrated with a chlorophyll a Standard. In addition, an extra volurne of sarnple was filtered, flash frozen in liquid nitrogen, and stored at -80° for transport back to the AWI. These sarnples will be analysed in the future for concentrations of various photosynthetic pigrnents using high perforrnance liquid chrornatography.

Particulate light absorption: 1-2 liters of water sarnple were filtered onto glass fiber filters (GFIF, pre-soaked in filtered seawater) and particulate spectral absorption measured with a double bearn spectrophotometer (Varian model Caty 3). Vatying volurnes of sarnple were filtered to insure linearity of absorption and assess the effect of packaging on the filter. In two cases where algal biornass was high, the particulate absorption could be rneasured directly using an Ulbrich integrating sphere installed within the spectrophotometer. Atternpts were also rnade to measure the attenuation by dissolved organic material (gelbstoff or gilvin) within 10 crn glass cuvettes. The water samples were pre-filtered with 0.2 um filters to rernove the particulate fraction.

Samples for particulate organic carbon and nitrogen (POC and PON) were filtered onto precombusted GFIC filters and frozen at -20°C These samples will be measured at the AWI.

At seven stations samples were taken for inorganic nutrient analysis. 50rnI of water sarnple were presewed immediately with 150 rnl HgC12 (35 g1L) and stored at -4O C.

Photosynthesis/irradiance relationships

The functional relationship between algal photosynthesis and incident light intensity was experimentally examined at 16 stations. Samples were usually taken from the chlorophyll maximum and incubated at in situ temperatures in a small volume (5ml) "photosynthetron". Light source was Halogen lamp, its spectral composition was adjusted with blue filters to approximate in situ conditions, and a range of light intensities was created by the use of neutral density screens. Light intensities (PAR) within the photosynthetron were measured for each experiment with a Biospherical Instruments scalar irradiance meter (QSL-100). Photosynthesis was assayed in 2-4 hr incubations by determining the uptake of ^C-labeled sodium bicarbonate into acid-stable organic material, and converted to biomass-specific rates using measured values of chlorophyll a and alkalinity (inorganic carbonate).

Preliminary results

Several of the Instruments involved in our research require calibration after the cruise before final results are available. Also, most of the biochemical analyses will be performed upon return to the Alfred Wegener Institute. Therefore, our results can only be considered preliminary at present, and it would be premature to draw major conclusions.

Chlorophyll a concentrations were generally low (< 0.5 mg m-3) within the water column. Deep water stations were composed primarily of diatom assemblages (Thalassiosira, Rhizosolenia, Nitzschia). In nearshore waters, occasional blooms of the pyrmnesiophyte Phaeocystis led to concentrations as high as 7-8 mg m-3. In most cases, the chlorophyll maximum was between 20-40m depth, at 3 stations (29/33,11,10) the maximal chlorophyll depth was deeper than 60m (Tab. 9).

" 30 0 40 0 500 600 700

Light wavelength (nrn)

Fig. 31: Changes in the relative spectral composition of the light field with depth. Values are relative to surface values, and each curve is normalized to the maximum for intercomparison.

Abb. 31 : Veränderunge der relativen Spektralzusammensetzung des Lichtes mit der Tiefe. Die Werte sind relativ zum Oberflächenwer angegeben und zum Maximalwert normiert.

Incident surface light intensity measured in the area was very low, usually less than 1000 mol q m-2 s-1 (Fig 30 , measured with a 4p Sensor). The euphotic zone, defined as the depth to which 1% of the surface irradiance penetrates, varied between 24- 100m depending on the chlorophyll concentration in the water (Table 1).

Changes in spectral irradiance with depth were representative of Case l oceanic waters, in which light attenuation can be attributed primarily to seawater and suspended particulates. At most stations, maximum water transparency was in the blue spectral region (490 nm, Fig. 31 ). This maximum was shifted in bloom conditions toward the green spectral region, due to greater absorption of blue light by chlorophyll a.

Absorption spectra of particulates normalised to chlorophyll concentration suggest a decrease in specific absorption with increasing chlorophyll concentration (Fig. 32). The values of particulate absorption in this figure have not been corrected for the pathlength amplification (b) factor caused by scattering within the filter.

0.4

Station 29/51, z=20m

Light wavelength ̂ . (nm)

Fig. 32: Chlorophyll-specific absorption spectra from similar depths at two stations. (Data have not been corrected for b factor).

Abb. 32: Chlorophyll-spezifisches Apsorptionsspektrum fü gleiche Tiefen an einer Station. (Daten nicht fü b-Faktor korrigiert).

Photosynthesis vs. irradiance relationships showed considerable variability between stations. The light intensity at which photosynthesis approaches saturations (ER) varied between 60 and 200 mol q m-2 s-1 . Assimilation numbers (Pbmax, maximal photosynthetic rate at light Saturation) typically ranged between 1-4 pg C (pg chl a)-1 h-1 (Fig. 33) Preliminary analysis suggests that phytoplankton living within ice covered waters were adapted to lower irradiance than phytoplankton from the Open ocean. Sea ice microalgal communities demonstrate an extreme example of shade adaptation, with very low values for Ek and Pbmax . The mechanistic bases for changes in P vs E relationships will be examined by comparing these results with measurements from the FRRF.

Initial examination of the available data suggests that phytoplankton growth is light limited in this region throughout the summer. Future work will include estimation of phytoplankton absorption cross-sections, photosynthetic quantum yields, and light utilization efficiencies for the water column.

E (PAR) (pmd quanta m2 s")

Fig. 33: Photosynthesis as a function of irradiance (Station 29/16, 25 rn). Abb. 33: Photosynthese als Funktion der Einstrahlung (Station 29/16, 25 m).

8. ARBEITEN AN LAND

8.1 Geoaraphie San Martin (Wunderte, Goßmann Meißner

Schneehydrologische und klimatologische Untersuchungen zu ERS-1 Fernerkundungsdaten in der inneren Marguerite Bay

Unter den Landschaften in 68' südl Breite nimmt die innere Marguerite Bay eine Sonderstellung ein. Sie bildet einen südliche Vorposten des Grenzbereiches zwischen dem periglazialen und dem glazialen Regime. Durch Lee-Effekte bei etwa 70% der Anströmrichtunge des Windes ist das Klima niederschlagsarm und strahlungsreich. Dadurch kommt es zu einem Anheben der Schneegrenze auf Meeresspiegelniveau. Die bei San Martin (68'7'46"S, 67'6'13"W) ins Meer kalbenden Gletscher hätte hier den Übergan vom Akkumulations- in den Ablationsbereich. Auf den Inseln gibt es ausgedehnte Areale mit periglazialer Dynamik. Gleichzeitig gibt es Anzeichen fü kleinräumig Unterschiede im Verhalten der Eisrände in diesem Raum in den letzten Jahren. Das Wordieschelfeis, Ca. 100 km südlic des Arbeitsgebietes, ist in raschem Zerfall. Die Front des Northeastgletschers bei Stonington hat sich seit der Zeit der Nutzung der dortigen Forschungsstationen in den 40-iger und 50-iger Jahren um Ca. 100 m zurückgezogen Der Eisrand bei San Martin, nur 7 km weiter nördlich ist in derselben Zeit um etwa denselben Betrag vorgerückt Ziel der Feldkampagne bei San Martin war, das Aussagevermöge der ERS-1-SAR-Daten übe Schnee- und Firneigenschaften unter diesen klimqtologischen Bedingungen zu testen. Die Arbeiten wurden im Verschneidungsbereich von Northeast- und McCIarygletscher etwa 3 km nordöstlic der argentinischen Base San Martin durchgeführ (Abb. 34).

Fernerkundung

Währen der Zeit der Feldkampagne wurde das Gebiet in Abstände von 3 Tagen mit ERS-1-SAR-Szenen abgedeckt. Außerde stehen einzelne Landsat- und SPOT-Szenen frühere Jahre zur Verfügung ebenso wie Luftbilder einer Befliegung des IFAG im Feb. 1989. Im Rahmen der laufenden Kampagne wurde am 10. Mär 1994 bei guten Aufnahmebedingungen eine Überfliegun des Testgebietes mit dem Hubschrauber der Polarstern durchgeführt Aus Ca. 1000 m Höh wurden insgesamt 140 Senkrechtaufnahmen mit einer Hasselblad- Mittelformatkamera (Brennweite 80mm) von der Station San Martin, unserem Testgebiet sowie von dem McCIary- und dem Northeastgletscher aufgenommen.

Eine Zuordnung der Bilder ist durch die GPS-Koordinaten des Helikopters gegeben. Bei weiteren Bildflüge vor Rothera wurden die englische Station sowie die vorgelagerten Inselgruppen aufgenommen. Die Negative wurden entwickelt und fü eine erste Qualitätskontroll vergrößer Im Institut fü Physische Geographie wird ein Bildflugkatalog erstellt, der fü die Auswertung der ERS-1- Aufnahmen ein wichtiges Hilfsmittel sein wird.

Geländearbeite auf den Gletschern McCIary und Northeast

Fü die Bodenkampagne wurde ein Testfeld mit einem Zeltlager eingerichtet. Es lag etwa 2,3 km vom Eiskliff entfernt und war von diesem durch eine Spaltenzone getrennt. Zu- und Abgäng zwischen dem Zeltlager und der argentinischen Station erfolgten auf einem markierten Weg durch die Spaltenzone, von dort übe einen

Driftschneerücke zur Isla Barbara und anschließen mit dem Boot übe den schmalen Meeresarm zur Isla Barry (San Martin).

Vermessung

Das engere Untersuchungsgebiet mit 22 Schneemeßstelle hatte eine Nordsüd erstreckung von 460 m und eine Ostwestausdehnung von 640 m. Im Laufe der 6- wöchige Kampagne wurden zwei Seiten dieses Vierecks zu Profilstrecken von 2,3 km bzw. 2,O km erweitert. Zwei weitere Meßstrecke von jeweils ca 4,5 km Läng zu den Mitten der beiden Gletscher McCIary und Northeast wurden in der letzten Woche festgelegt, markiert und eingemessen.

Die Eckpunkte des Testfeldes wurden mit 4 Cornerreflektoren markiert. Zwei weitere wurden in die Schneefläch eingegraben bzw. mit Schnee verfüllt um die Dämpfungseigenschafte der Schneeschicht zu erfassen. Alle Schneemeßstelle wurden markiert und von Capitan A. Bertotto (Stationsleiter der Base San Martin) mit einem Theodoliten eingemessen. Dadurch wird es möglich eine 3-D Grafik der Oberfläch und des Vertikalaufbaus der Schnee- und Firndecke des Arbeits- gebietes zu erstellen. Diese wird späte innerhalb von ARCIInfo mit den ERS-1- Aufnahmen verknüpft

Abb. 34: Karte des Untersuchungsgebietes. Fig. 34: Map of investigation area.

Mikrometeorologische Messungen

Das Rückstreuverhalte einer Schnee- und Firnschicht im Mikrowellenbereich häng auße von der Struktur in hohem Maß von dem Flüssigwassergehal und somit von den thermischen Bedingungen zum Aufnahmezeitpunkt ab. Deshalb sind zur Beurteilung der Strukturen in den SAR-Daten der jeweils aktuelle Wärmehaushal sowie seine Vorgeschichte erforderlich. Aus diesem Grunde wurde am Rande des Meßfelde eine mikrometeorologische Meßstatio (Station McCIary) betrieben. Erfaß wurden kurz- und langwellige Ein- und Ausstrahlung, Luft- und Schneedeckentemperatur, relative Feuchte sowie Windgeschwindigkeit und -richtung (Meßzeitraum 25. Jan. - 02. Mär 1994). Die Sensoren wurden alle 10 Sekun- den abgefragt und die erhaltenen Daten als 10 Minuten-Mittelwerte abgelegt. Zusätzlic wurde das Maximum der Windgeschwindigkeit innerhalb des 10- Minutenintervalls sowie die Standardabweichung der Windrichtung aufge-zeichnet. Fü den oben genannten Zeitraum stehen die Daten als 10 Minuten-1 Stunden- und Tagesmittel zur Verfügung Um die Geschichte der Schnee- und Firnbildung währen der vorausgehenden Jahre nachzuvollziehen, werden zusätzlic die meteorologischen Daten der Station San Martin von 1990 bis 1994 ausgewertet.

Mittel Max. Min. Lufttemperatur -1.6 +8.3 -1 1.9 [¡C relative Feuchte 67.8 97.4 35.2 [%I Windgeschwindigkeit 5.7 33.1 0.0 [m/s] Globalstrahlung 161 779 0 [W/m2]

Tab. 1 : Daten der mikrometeorologischen Meßstatio "McCIary" (25Jan - 02. Mär 1994) Tab. 1: Data of the meteorological recording station "McCIary" (25. Jan. - 2. Mar. 1994)

Schneehydrologie

Die Rückstreuun der Radarsignale von der Schnee- und Gletscheroberfläch wird maßgeblic durch die Mächtigkeit Dichte und Struktur der Schneeschicht, die Oberflächenrauhigkei und den Flüssigwassergehal der Schneedecke sowie von der Kornstruktur beeinflußt An insgesamt 122 MeBstellen wurde deshalb die Mächtigkei der Schnee-, Firn- und Eishorizonte sondiert. Um den Aufbau der Schneedecke auf dem Gletscher zu erfassen und Unsicherheiten, die währen der Sondierung entstanden, abzuklären wurden 12 Schneeschächt gegraben (Abb. 35). Die Tiefe variierte von 0,5 m bis 3,70 m. An fast allen Schneeschächte konnte eine 3- bis 4- jährig Schneedeckenentwicklung übe der Gletscheroberfläch nachgewiesen werden. In den Schächte wurde die Schichtung, das Wasseräqui valent sowie die Kornstruktur aufgenommen. Der Flüssigwassergehal konnte nur währen der ersten beiden Wochen bestimmt werden, da danach die Meßsond ausfiel.

Auswertung der ßadardate

Durch die Verbindung übe Polarstern und übe direkten Funkkontakt zwischen San Martin und O'Higgins konnte bestätig werden, da das Testgebiet mit seinen Cornerreflektoren in den §AR-Szene abgebildet wird. Die Aufnahmen selbst werden etwa ab Mai zur Verfügun stehen und währen der Sommermonate mit den Geländedate verknüpf und ausgewertet. Desweiteren werden eine Uber- lagerung von Landsat- und Spotaufnahrnen mit den ER -1 Szenen und ein Ver- gleich der Luftbilder verschiedener Aufnahmezeitpunkte durchgeführt um Verän derungen in der Gletscherausdehnung innerhalb der letzten 6 Jahre zu erfassen.

Fortführun der Arbeiten in San Martin

Die guten Arbeitsbedingungen in der Näh der argentinischen Station, die Unterstützun durch die argentinische Mannschaft und nicht zuletzt der Wunsch der Leitung der Station nach einer Fortsetzung der wissenschaftlichen Arbeiten in diesem Bereich führte dazu, dies zu planen und vorzubereiten. So wurden alle Vermessungsarbeiten nicht nur relativ zur Position der Cornerreflektoren durchgeführt sondern an die bestehenden Vermessungspunkte angeschlossen. Ferner wurde in der letzten Woche je ein Paar Cornerreflektoren im Zentralbereich des Northeastgletschers (68O07'55"S, 66'57'35"W) und des McCIarygletschers (68°05'01"S 67°01'16"W aufgestellt, um aus spätere SAR-Aufnahmen die Eisbewegung ableiten zu können Alle Meßpunkt im zentralen Testfeld und auf den Trassen zu den Reflektorpositionen auf den beiden Gletschern wurden mit Meßstange ausgestattet. Die neue Überwinterermannschaf der Base San Martin hat es dankenswerterweise übernommen das Meßfel einmal monatlich zu begehen, Schneezuwachs und die Mächtigkei der Lockerschneedecke zu messen sowie die Ausrichtung und den Zustand der Reflektoren zu überprüfe Da fü die Anreise zu der von beiden Seiten geplanten Weiterführun als deutsch- argentinische Meßkampagn im nächste Südsomme voraussichtlich das Frachtgewicht den limitierenden Faktor darstellt, wurden die schwereren Teile der Ausrüstun in San Martin eingelagert.

Schneeschächt a u f d e m McCIary Glacier

cm Nr. C5

O T Ã ¶ Ã cm Nr. 4

0 0 0 0

Legende:

gerundete Körne ohne Schmelzen

gerundete Körne mit Schmelzen

Eislinsen

Eis

Gletscher

Abb. 35: Schneeschacht auf dem McCIarygletscher. Fig. 35: Snow pit at McCIary glacier

8.2 Geographie Horseshoe Island (Hochschild, König Klenke)

Geomorphologische Referenzuntersuchungen zu ERS-1 -Fernerkundungsdaten auf Horseshoe Island (Marguerite Bay)

Im Rahmen des vom BMFT (Bundesminister fü Forschung und Technologie) geförderte OEA-Forschungsprogramms (Ocean-Eis-Atmosphäre konnten auf Horseshoe Island in der nördliche Marguerite Bay verschiedene geomorphologische Geländeuntersuchunge zur Interpretation der ERS-1 (European Remote Sensing Satellite) SAR-Daten (Synthethic Apperture Radar) durchgeführ werden. Dabei wurden auch andere optische Fernerkundungsdaten (IFAG-Luftbilder, Institut fü Angewandte Geodäsie Landsat Thematic Mapper) sowie Daten aus dem Mikrowellenbereich (JERS-1, Japanese Earth Research Satellite) herangezogen.

Im einzelnen setzten sich die Geländearbeite wie folgt zusammen:

- Bodenklimatologische Messungen an einer eigens dafü aufgestellten Klirnastation fü den Zeitraum vom 24.01. bis 07.03.1 994

- Beobachtungen des Witterungsverlaufs währen des gleichen Zeitraums - Geomorphologische Kartierungen der gesamten Insel in verschiedenen Maßstäb

(1 :25 000, Ausschnitte 1 :I0 000 bzw. 1:5000) - Küstenmorphologisch Profilaufnahmen und Grobsedimentanalysen - Messung von das Radarsignal beeinflussenden Parametern (Oberflächenrauhigkeit Bodenfeuchte)

auf ausgewählte Referenzfläche - Einmessung von Paßpunkte und Referenzflachen mit GPS

Die bodenklimatologische Meßstatio wurde an der Küst der Sally Cove in etwa 5 m Höh übe NN in sandigem Substrat errichtet. Gemessen wurden stündlic Lufttemperaturen in 200, 50 und 5 cm Höh sowie Bodentemperaturen in 5, 30 und 50 cm Tiefe, dazu die Windgeschwindigkeit in 200 cm Höhe Zusätzlic wurde die potentielle Einstrahlung im Verlauf des Südsommer mit Berücksichtigun der Horizontüberhöhu berechnet. Die Witterungsbeobachtungen beinhalteten Windrichtung, Luftdruck, relative Luftfeuchte und Bewölkung So konnten die klimageographischen Rahmenbedingungen währen der Satellitenüberflü im Untersuchungsgebiet ausreichend erfaß werden.

Als vorläufig Ergebnisse der Klimabeobachtungen kann eine Dominanz der Winde aus NE mit vorwiegend höhere Windgeschwindigkeiten gegenübe selteneren Winden aus W mit erheblich geringeren Geschwindigkeiten angeführ werden. Dies liegt an dem Lokalrelief das Horseshoe Island zwar nach N, E und S abschottet, aber den heftigen NE-Winden aus dem Bourgeois Fjord aussetzt. In Hochdruckphasen sind die Temperaturamplituden im Mittel deutlich größ als in Tiefdruckphasen. Ahnliches gilt fü die Wolkenbedeckung; bei Stratusbewölkun sind die Temperaturamplituden ebenfalls deutlich gedämpf gegenübe wolken- losem Zustand, wobei sich hier auch der täglich Einstrahlungs- und der nächtlich Ausstrahlungseffekt in einer Umkehr der höhere Lufttemperaturen in 5 und 200 cm Höh zeigt. Die Bodentemperatur in 5 cm Tiefe ist zeitlich versetzt und geringer in der Amplitude, währen sich zwischen 30 und 50 cm Tiefe, teilweise auch darunter, die Untergrenze der Auftauschicht befindet.

Geomorphologisch läà sich Horseshoe Island in zwei Teile teilen. Zunächs den glazial überformte Nordteil der Insel mit Mt. Searle (537 m) als mögliche Nunatak währen der letzten Vereisung. Hier steht sehr viel Festgestein an, das aufgrund des heutigen periglazialen Klimas starker Frostverwitterung unterliegt und

somit viele Frostschutthalden zu finden sind. Als weitere Oberflächenforme treten neben Schmelzwasserseen und perennierenden Schneeflecken Grundmöräne ablagerungen mit kryoturbater und kryofluidaler Materialsortierung auf. Uberall könne glaziale Geschiebe als Zeugnis einer noch nicht sehr lange zurück liegenden Vergletscherung gefunden werden. Der Südtei der Insel wird von alpinem Relief mit dem bis zu 878 m aufragenden Mt. Breaker eingenommen. Aus der Mitte fließ der Shoesmith Gletscher nach Norden, wo er am Isthmus der Insel eine Bifurkation bildet und sowohl in die Lystad Bay als auch in die Gaul Cove kalbt. Die südöstlich Höhe der Insel Spincloud Heights und Russet Pikes sind geringer vergletschert und durch einen stagnierenden Talgletscher getrennt, an dessen Nordseite ein Schmelzwassersee ausgebildet ist und dessen Südseit von vier verschiedenen Moränenständ eingenommen wird. Getrennt werden Nord- und Südtei der Insel durch einen gering aufragenden, glazial überformte Isthmus mit einer Reihe kleinerer Schmelzwasserseen, die sich im schneereichen Südsomme 1994 nicht öffneten Auch hier sind Grundmoränenablagerunge und Frostschutthalden die dominierenden Oberflächenformen Zur Vergletscherungs- geschichte ist zu sagen, da aufgrund von Gletscherschrammen und Geschiebe- analysen eine Vergletscherung des Nord- und Mittelteils der Insel (Von Osten vom 24 km entfernten Forbes Gletscher her angenommen werden kann.

Küstenmorphologisc ist die ganze Insel von perimarinen Bereichen umzogen, bei denen neben den rezenten Strandwälle bis 5 m übe NN noch zwei ehemalige, vermutlich ebenfalls holozän Strandterrassenniveaus in etwa 10 und 20 m Höh ausgebildet sind. Man findet diese durch Glazialisostasie bzw. Glazialeustasie verursachten Niveaus vor allem in der geschützte Gaul Cove, aber auch an der Südküs gegenübe Reluctant Island. Die Nordküst wird durch steil abfallende Klippen aus Festgestein eingenommen, währen an der Südküs aufgrund der starken Vergletscherung fast ausschließlic hohe Eiskliffs ausgebildet sind.

Die geomorphologischen Geländekartierunge wurden in verschiedenen Ma§ staben angefertigt und dienen als Referenz fü die Interpretation der Satelliten- daten. Die dabei verwendete Klassifizierung richtete sich nach der schon auf King George Island und in Spitzbergen bewährte Legende der geomorphologischen Kartiereinheiten, mit der flächenhaft Oberflächenformen linienhafte Elemente und punktuelle Einzelformen aufgenommen wurden.

Fü die Interpretation der Fernerkundungsdaten aus dem Mikrowellenbereich wurden Oberflächenrauhigkeite auf verschiedenen Oberflächenforme aufge- nommen. Diese Rauhigkeiten nehmen fü Strandterrassen oder Frostschutthalden ganz charakteristische Werte an. Späte sollen diese glatten, mittleren oder rauhen Oberfläche mit den Grauwerten des ERS-1 SAR Bildes korreliert werden. Gleiches gilt fü die Bodenfeuchtigkeit, die an verschiedenen Stellen im Dreitage- rhythmus parallel zu den Satellitenaufnahmen beprobt wurde. Hiermit kann man die Feuchtigkeitsentwicklung in der obersten Bodenschicht übe den gesamten Sommer beobachten. Damit soll ein kleiner Beitrag zur Modellierung der Auftaudynamik übe Permafrost anhand der periglazialen Prozeßparamete Frostwechselhäufigkeit Durchfeuchtungsdauer, Bodeneisgehalt und Auftautiefen- entwicklung geleistet werden. Wichtig fü die Interpretation der SAU-Daten ist das digitale Geländemodell da hiermit Fläche gleicher Neigung und Exposition ausgewähl werden können Nur solche Fläche sind direkt vergleichbar, da bei allen anderen aufgrund des Reliefs unterschiedliche Rückstreukoeffiziente zu erwarten sind.

Schließlic wurden entlang der Küst eine Reihe von Paßpunkte mit GPS eingemessen, um späte die Satellitendaten auf eine Kartenvorlage entzerren zu können Dabei zeigte sich, da die bestehende Kartengrundlage der topogra- phischen Karte 1:25000 von Horseshoe Island besonders im Bezug auf die Längengrad teilweise erhebliche Abweichungen aufweist. Dies wird sich nach Rücksprach übe die exakte Position eines vom BAS (British Antarctic Survey) eingemessenen Referenzpunktes auflöse lassen. Weitere GPS-Messungen dienten der Positionsbestimmung der Testfläche fü Oberflächenrauhigkei und Bodenfeuchte.

8.3 Geoloaie Horseshoe Island & Antarktische Halbinsel (Miller, Loske, Herve, Pankhurst)

Polarstern erreichte am 23.1. morgens den Eingang zum Burgeois Fjord und konnte dank guter Wetterbedingungen und ausreichend tiefem Fahrwasser sehr nahe an die Hütt auf Horseshoe Island herankommen. Die von Bord gehende Ausrüstun war in den vergangenen Tagen schon so hergerichtet worden, da sie zügi mit zwei Hubschraubern (ca. 30 Flüge an Land gebracht werden konnte. Um die zur Verfügun stehende Arbeits- und Helikopterzeit möglichs effektiv zu nutzen, wurden fü die ersten Tage zwei Arbeitsgruppen gebildet, die auf Horseshoe Island (MillerIHerve) und auf dem Festland (PankhurstILoske) arbeiteten. Die "Festlandsgruppe" wurde außerde durch die Anwesenheit eines weiteren Kollegen, Alan Vaughan und seines Gelände-Assistente Paul Thomson verstärk (beide BAS), Die Bergerfahrenheit von Paul Thomson ermöglicht das Aufsuchen von Aufschlüsse auch in Spalten-gefährdete Gebieten. An den weiteren Tagen wurde teilweise gemeinsam gearbeitet, z.T. wurden die Arbeitsgruppen nach Interessenlage zusammengesetzt.

24.1.94 Lokation 1 Swithinbank Gletscher 67'55.00 S, 66'4 1.50 W, 340 m 0. NN

Aufgeschlossen ist ein Gneis mit basischen Gängen Granitoide Reliktgefüg und basische Enclaven beweisen dessen ursprünglic magmatische Entstehung. Teilweise ist eine Mylonitisierung zu beobachten, die sich mit unterschiedlicher Intensitä auf breite Bände beschränkt Am Hubschrauberlandeort wurden außerde Wasserproben fü die GSF genommen.

Lokation 2 Swithinbank Gletscher 67'54.80 § 66'43.30 W, 280 m Ü.N Hier wurde ein rotbrauner Gneis angetroffen, der auch wieder in diskreten Bereichen stark mylonitisiert war. Dazwischen liegende Abschnitte waren deutlich geschont. Auffälli war die groß Häufigkei von basischen Gängen

Lokation 3 Swithinbank Gletscher 6 ~ ~ 5 5 . 0 8 S, 66'52.66 W, 50 m Ü.N Im Gegensatz zur "amtlichen" Karte, die hier einen Gabbrokomplex anzeigt, wurde ein Diorit mit dunklen Enklaven im Anstehenden gefunden. Häufi wurden an den Enklaven leukokrate Randsäum beobachtet.

Lokation 4 Horseshoe Island "Isthmus" Tektonische Bearbeitung des dort aufgeschlossenen Orthogneis- Komplexes und der gefalteten Kieselschiefer.

Lokation 5 Horseshoe Island SW-Ende der Gaul Cove Erkundung des Geröllbestande der hier anstehenden Agglomerate1 Konglomerate. Bestimmung von Schersinnkriterien an ausgelängte Geröllen

25.1.94 Lokation 1 Perutz Gletscher 67'35.29 S, 6639.55 W, 90 m U. NN.

Anstehend ist ein Xenolithe-führende Diorit, der von basischen und leukokraten Gänge durchzogen ist. In den Xenolithen ist teilweise eine eigenständig Schieferung sichtbar. Vermutlich im Hangenden des Diorits sind Amphibolite mit Quarz- und Feldspatreichen Bänder anstehend. Diese konnten aber nur als Blöck in der Morän beprobt werden, da der Aufstieg zum Anstehenden wegen steiler Uberhäng und lockeren Gesteins nicht möglic war.

Lokation 2 Bader Gletscher 67'35.29 S, 66'43.44 W Anstehend sind ebenfalls ein mittelkörniger Xenolithe-führende GranodioriVDiorit. In Lagen treten dunklere, feinstkörnig Gesteine auf, die als Ultramylonite gedeutet werden. In den Myloniten sind teilweise Falten erkennbar. Die Mylonite sind auch als ? Xenolithe im Diorit zu finden, so da WLO, im Gegensatz zu BPA, der Meinung ist, da die Mylonite älte als die Diorite sind.

Lokation 3 Bucher Gletscher/Bottrill Head 67'4 1.0 1 S, 66'58.02 W, 800 m Anstehend ist am Grat oberhalb des Hubschrauberlandeplatzes ein rotbrauner, gut geschieferter Orthogneis mit häufigen in sf-Richtung ausgelängte Enklaven.

Lokation 4 Horseshoe Island SE-Seite der Gaul Cove Vergleichende petrographische und tektonische Erkundungsarbeiten an den hier anstehenden Konglomeraten, um Gemeinsamkeiten zu den am SW-Ende der Gaul Cove anstehenden Konglomeraten herauszu- arbeiten.

Lokation 5 ßeluctan Island Petrographisch-tektonische Vorarbeiten zur gezielten geochronolo- gischen Probennahme von Orthogneisen.

26.1.94 Lokation 1 ßeluctan Island

Im zentralen Teil dieser Insel stehen mittelkörnig Gneise mit gut ausgeprägte Planargefüg an. Nach Norden zu sind migmatische Gefüg mit deutlichen Leukosom-Paläosom-Strukture zu erkennen. Teilweise handelt es sich aber um ehemalige Enklaven. Basische Gäng zeigen häufi eine starke Klüftung Ausgeprägt Scherzonen durchziehen den Gneis. Ihre Richtungen und Versetzungssinne wurden eingemessen.

Lokation 2 Gaul Cove (Südostseite Hier stehen jurassische Gesteine an. Es handelt sich um dunkelgraue bis schwarze Silt- und Tonsteine sowie um Konglomerate mit überwiegen aus leukokraten Granitoiden (?) bestehendem Geröllspektru im Größenberei zwischen 2-20 Cm. Die Gerolle zeigen ihrerseits schon eine deutliche Auslängung im Einzelfall Scherrichtungen anzeigend. Die Gerolle wurden fŸ die U-Pb- Altersbestimmung beprobt, die Tonschiefer fü Palynomorphe und Radiolarien.

27.1.94 Lokation 1 Horseshoe Island, Sally Cove gegenübe der Hütt

Anstehend sind Grünschiefe mit gelegentlichen Übergäng zu Biotitschiefern. Selten treten konglomeratische Lagen auf, die Gneis- artige Geröll führen Die Grünschiefe werden von leukokraten Gänge durchschlagen.

Lokation 2 Gaul Cove (S W-Ende) Anstehend ist ein Orthogneis mit roten Feldspäten Gelegentlich sind Enklaven (? Xenolithe) zu finden. Das ausgeprägt Planargefüg ist auf diskrete Bereiche beschränkt Immer wieder sind geschonte Bereiche mit nahezu ursprüngliche Granitgefüg zu erkennen.

Lokation 3 Kleine Inseln und Westküst von Horseshoe Island (Lystrad Bay) Die Inselchen bestehen im Gegensatz zur Darstellung auf der geol. Karte nicht aus metamorphem Grundgebirge, sondern aus Graniten und Granodioriten. Entlang der Küst wurden gleichartige Gesteine angetroffen, daneben aber auch grünliche vermutlich ignimbritische Gesteine. Junge (?) Basalte mit Pyroxen-Phänokristalle durchschlagen diese Serie. Angrenzend an einen schwach geschieferten Granit haben die Basalte, durch Alterationsprozesse bedingt, eine weißlich Farbe.

Lokation 4 "Isthmus", um P.45 1 Hier stehen gut gebankte und teilweise im dm- bis zehnermeter-Bereich gefaltete dunkle Tonschiefer, Kieselschiefer, Quarzphyllite und Epidotschiefer an. Schwerpunktmäß wurden der Faltenbau analysiert sowie Proben fü die biostratigraphische Alterseinstufung gesammelt.

29.1.94 Lokation 1 Stonington Island

Der Hauptteil dieser Insel besteht aus grauem GranitlGranodiorit. Es lassen sich mehrere hell-mittelgraulgrob-feinkörnig Schüb unterscheiden. Kumulatstrukturen sowie leukokrate und basische Gäng sind ebenfalls vorhanden. Xenolithe sind sehr selten. Aus einem größere hellen Gneisxenolith konnte allerdings eine Probe gewonnen werden.

Lokation 2 San Martin Der überwiegend Teil dieser Insel besteht aus grauen, mittel- bis feinkörnige Gneisen, die von Phänokristall-reiche Basiten und leukokraten Gänge durchzogen sind. Die Gneise führe oft Quarz- feldspatreiche Mobilisate, die ihrerseits schon wieder gefaltet sind. Neben umfangreichen Gefügeunter-suchunge wurde eine Probe zur Altersbestimmung genommen.

Das überwiegen gute Wetter erlaubte den Besuch der meisten vorgesehenen Aufschlüss auf Horseshoe Island und am benachbarten Kontinent. Die zur isotopen-geochronologischen Altersbestimmung genommenen Großprobe (ca. 600-800 kg) werden am NIGL in Keyworth (Nottingham/England, Pankhurst-Herve: Rb-Sr, Sm-Nd) und am IAAG in Münche (U-Pb, Rb-Sr) bearbeitet werden. Die (Meta-) Sedimentproben werden Spezialkennern in Münche und Erlangen zur biostratigraphischen Datierung anvertraut.

8.4 Turbulenzexperiment bei GvN (Foken)

Turbulenzexperiment zur Untersuchung stabiler Schichtungen

Das vom 18.01, bis 19.02.1994 an der Neumayer-Station durchgeführt Turbulenzexperiment zur Untersuchung stabiler atmosphärische Schichtungen FINTUREX' (FINal TURbulence Experiment of the Meteorological Observatory Potsdam) wurde fachlich wie logistisch sehr langfristig vorbereitet, seit Anfang 1990 in enger Zusammenarbeit mit dem Alfred-Wegener-Institut, Bremerhaven. Dabei konnten Messungen an der Georg-von-Neumayer-Station (BELITZ, 1989) genutzt werden, die zu einer Sachstandspublikation führte (KRETSCHMER et al., 1991), die Grundlage fü das Experiment war. Dank der Zusammenarbeit mit dem British Antarctic Survey war es möglich frühzeiti detaillierte Informationen übe ähnlich Aktivitäte an der Halley-Station in den Jahren 1986 und 1991 zu erhalten (KING, 1990; KING und ANDERSON, 1994). Daraufhin wurde bewuß der Höhenbereic 0-5 m verstärk in die Untersuchungen einbezogen, so da sich beide experimentellen Aktivitäte ergänzen

Das Experiment diente der Untersuchung stabiler Schichtungsverhältniss in der Atmosphäre die sich durch besondere Strukturen der Turbulenz und der turbulenten Flüss von Impuls, fühlbare und latenter Wärm auszeichnen. Stabile Schichtung schränk den vertikalen Austausch von Stoffbeimengungen wesentlich ein, womit auch erhöht Schadstoffkonzentrationen unter austauscharmen Wetterlagen und unter nächtliche Bedingungen verbunden sein konnen. Auch treten unter diesen Situationen besondere Probleme bei der Ausbreitung elektromagnetischer Wellen auf. Es fehlt bislang an umfangreichem und geeignetem Me§materia zur Beschreibung dieser Situation, da sie in Mitteleuropa selten auftritt und dann wegen des geringen Energieaustausches nur ein sehr kleiner Bereich stabiler Schichtungsbedingungen untersucht werden kann. Eine Erweiterung der Untersuchungsbedingungen ist nur bei orographisch bedingten Windfeldern und starken Temperaturgradienten übe Schnee möglich Derartige Bedingungen sind in der Antarktis und in Grönlan vorhanden. Dabei geht es vorrangig um eine Erweiterung des Verständnisse übe die Strukturierung der atmosphärische Grenzschicht und die Bestimmung der zur Beschreibung stabiler Schichtungsverhältniss notwendigen universellen Funktionen. Diese Unter- suchungen sind auch fü die Parametrisierung des turbulenten Austausches zwischen der Schnee- und Eisoberfläch und der Atmosphär wichtig.

Der Ablauf des Experimentes ist aus Tab. 11 ersichtlich. Danach ergibt sich eine mehr als 4-wöchig Meßperiod mit kontinuierlichen Messungen. Bedingt durch überwiegen zyklonal geprägt Wetterlagen sind davon nur etwa 20-30 % der Messungen zur Untersuchung stabiler Schichtungen geeignet. Sieht man von den Messungen mit sehr starker Schneedrift ab, die teilweise zur besseren Beschreibung der Turbulenzbedingungen unter diesen Umstände geeignet sind, so liegt auch ein umfangreicher Datensatz mit neutraler Schichtung vor, aus dem bei den idealen Unterlagenbedingungen des Schelfeises Grundparameter der atmosphärische Turbulenz bestimmt werden können

Wahrend des Experimentes wurden drei Turbulenzme§komplex in den Höhe 2.0, 4.5 und 11.5 m eingesetzt. Sie bestanden aus Kaijo-Denki Ultraschall- anemometern, Probe A. In den unteren beiden H6hen wurden weiterhin empfindliche Platindraht-Temperaturfühle und Lyman-Alpha-Hygrometer betrieben.

Datum von bis Aktivitä 11.01. 12.01. Ankunft an Neumayer Station, Entladearbeiten 13.01. 20.01. Aufbauarbeiten 18.01. 19.02. Meßbetrie 19.02. 22.02. Abbau und Stauen der Kisten 03.03. Abreise

Tab 11: Zeitlicher Ablauf des Experimentes

Die damit gewonnenen Meßreihe des Wasserdampfaustausches sind wahrscheinlich die umfangreichsten in der Antarktis durchgeführte Messungen. Mit diesem System wurde auch der Temperaturstrukturparameter ermittelt. Ergänz wurde das Programm durch Messung des vertikalen Temperatur- und Windprofils bis 10 m Höh in 5 bzw. 7 Meßhöhe Einige wenige Messungen zur Temperaturfeinstruktur mittels einer Fallsonde erfolgten im Höhenbereic von 10 bis 0 m. Zusätzlic wurden mittlere meteorologische Parameter wie die Taupunkttemperatur und die kurz- und langweiligen Strahlungsström gemessen.

Unmittelbar währen des Experimentes fand neben einer teilweisen Datenvalidierung auch eine beschränkt Auswertung von drei 2-tägige Meßperiode statt. Diese wurden nach der Datenübertragun nach Bremerhaven dort bezüglic der Struktur der atmosphärische Bodenschicht mit höhenkonstante Austauschbedingungen und an der Neumayer-Station hinsichtlich der zu erwartenden Aussagen aus dem Gesamtexperiment untersucht. Aus diesen Datenbearbeitungen ergeben sich erste vorläufig Ergebnisse, von denen eine Auswahl nachfolgend dargestellt ist.

Die vertikalen Profile von Wind und Temperatur zeigten das fü antarktische Verhältniss bekannte Bild von erheblichen Temperaturgradienten in den untersten Metern. Trotzdem stellt jede Registrierung einer derartigen Situation ein faszinierendes Bild der komplizierten Schichtung der Atmosphär dar. Das in den Abb. 1 und 2 gezeigte Beispiel der Nacht vom 27. zum 28.01. 1994 zeichnet sich nicht nur durch einen hohen Temperaturgradienten in den untersten 10 m von mehr als 8 K aus, sondern auch durch einen 'Low Level Jet' in 6 m Höh am 28.01.94 von 3-5 Uhr, wobei der Wind in 6 m Höh mehr als doppelt so groà ist wie in 10 m Höhe Währen der Andauer der Inversion zeigt das Windprofil, sicher auch unter dem Einfluà von Schwerewellen, ein chaotisches Verhalten, wenn man es mit den Vorstellungen einer turbulenten Bodenschicht betrachten würde

Zur Auflösun der Feinstruktur der Temperaturinversionen wurde die an der Universitä Leipzig entwickelte sogenannte 'Fallsonde' (FOKEN, 1975) in modifizierter Form eingesetzt. Wegen der Aufwendigkeit dieser Messungen kam sie allerdings erst im letzten Drittel des Experimentes nur wenige Male zum Einsatz. Zur Darstellung (Abb. 3) wurden die fü weniger als 1 mm dicken Schichten vorliegenden Meßwert höhenabhäng übe 5-20 cm gemittelt.

Die Bearbeitung der Turbulenzmessungen erforderte eine strikte Qualitätsüberprüfu Dazu zählte die Tests auf Stationaritä und Turbulenzentwicklung. Aus den entsprechend selektierten Datensätze vom 28.129.01.94, 02.103.02.94 und 14.115.02.94 stammen erste vorläufig Ergebnisse. Der Bereich stabiler Schichtungen ist erwartungsgemä auf niedrige

Abb. 36: Ternperaturprofil in der stabilen atmosphärische Bodenschicht, Meßhöh 0.5, 1 .O, 2.0, 4.5 und 10.0 rn (von kalt nach warm)

Fig. 36: Ternperature profile of the stable atmospheric surface layer, rneasuring heights 0.5, 1 .O, 2.0, 4.5 and 10.0 rn (from cold to warm)

Abb. 37: Windprofil in der stabilen atmosphärische Bodenschicht, Meßhöh 0.5, 1.0, 2.0, 3.0, 6.0 und 10.0 m

Fig. 37: Wind profile of the stable atmospheric surface layer, rneasuring heights 0.5, 1 .O, 2.0, 4.5 and 10.0 rn

Temperatur I n 'C

+ f ü I barer WWrr^estrorn + latenter Viärmestr - Netto-B1 lanz + F2eslduum (Wenwt3rmestrm)

Abb. 38: Vertikales Temperaturprodl von 0 bis 8 m Höhe gemessen mit der Fallsonde, 13.02.1994 Fig. 38: Vertical temperature protile from 0 to 8 rn height rneasured with the Failsonde', Febr. 13, 1994

Abb. 39: Tagesgang aller Komponenten der Energiebilanz Ãœbe dem Schelfeis, 03.02.1994 Fig. 39: Diurnal Course of all components of the heat balance over the ice shelf, Febr. 03, 1994

Logistisches Anliegen war der Versuch die Traverse erstmals mit "leichter Ausrüstung durchzuführen d.h. ausschließlic mit Skidoo-Schlittengespannen, ohne Begleitung von schweren Zugfahrzeugen und Wohnkontainern. Auf diese Weise sollten sich die Reisezeiten erheblich verkürze lassen und im Arbeitsgebiet den geologischen Anliegen entsprechend rascher und beweglicher gefolgt werden können Auf das im Jahre 1990 angelegte Treibstoffdepot im Basislager "Windy Corner" am Fuà der Kottasberge gestützt sollte die Expedition, bis zu 600 Streckenkilomenter von Neumayer entfernt, selbständi operieren. Es war zu prüfen ob die Fahrzeuge der Langstreckenbelastung standhalten würde und ob mit der beschränk mitführbare Ausrüstun eine effektive wissenschaftliche Arbeit gewährleiste werden konnte.

Ausrüstun

5 Gespanne mit je 1 Skidoo Alpine H und 2 Nansenschlitten, 1 Küchenzel und 1 Schlafzelt pro Teilnehmer (1 Scottzelt, 7 Kuppelzelte), Verpflegung fü 8 Personen (320 Manntage). 2 GPS-Navigationsgeräte Funkausrüstung Treibstoff fü maximal 500 km pro Zugfahrzeug. Gesamtgewicht der Ausrüstun ca. 3000 kg.

Ablauf der Expedition

Flugreise Deutschland - Kapstadt Schiffsanreise Kapstadt - AtkabuchtIAntarktis mit MS Polar Queen Neumayer-StationIAntarktis; logistische Vorbereitung der Traverse zur Heimefrontijella (3 Tage) Fahrt zur Heimefrontfjella (Abb.l), Ankunft und Basislager an "Windy Corner" IKottasberge = Milorgfjella (3 Tage) Depot- und Packarbeiten am Basislager "Windy Corner" (1 Tag) Weiterfahrt nach Tottanfjella, Ankunft am "Cottontoppen" und Lager- Einrichtung Geologische Kartierung von Tottanfjella, vom Lager "Cottontoppen" aus (1 1 Tage) Fahrt nach Sivorgfjella zur schwedischen Sommerstation SVEA Fahrt nach XU-Fjella und geologische Kartierung der südlich Hälft dieser Nunatakgruppe (1 Tag) Weiterfahrt nach Milorgfjella (=Kottasberge) und Einrichtung des Lagers 'Windy Corner" (1 Tag) Geologische Kartierung der Kottasberge, vom Lager "Windy Corner" aus (1 6 Tage) Packarbeiten und weitere Vorbereitungen fü die Rückfahr (1 Tag). Rückfahr zur Neumayer-Station auf der gleichen Route wie bei der Hinfahrt (4 Tage) Neumayer-Station; Entlade- und Abrüstearbeite Neumayer-Station; Packarbeiten fü die Schiffsrückreis Weiterer, durch ungünstig Wetterbedingungen verlängerte Aufenthalt auf der Neumayer-Station Schiffsrückreis Atkabucht - Kapstadt mit MS Polar Queen Zwischenaufenthalt in Kapstadt Flugrückreis Kapstadt - Deutschland

Von den Lagern wurden die Geländearbeite in einem Radius bis zu 50 km durchgeführt Von den 28 Tagen, die fü die geologische Kartierung zur Verfügun standen, war an 7 112 Tagen wegen Sturm und Schneedrift keine Außenarbei möglich Ein derart hoher Anteil an Schlechtwettertagen ist im Gebiet bisher nicht angetroffen worden.

Abb. 40: Lage des Arbeitsgebietes und Expeditionsroute währen der 4. Expedition in die Heirnfrontfjella Fig. 40: Expedition route and working area during the 4th expedition to Heirnefrontfjella

Geologische Kartierungen der Heimefrontfjella

Die Kartierarbeiten im Geländ erfolgten anhand von Ausschnitten topographischer Karten im Maßsta 1:10.000, die durch Vergrößeru aus Unterlagen des Institut fü Angewandte Geodäsi in FrankfurtIM. (Orthophotos und Isohypsenplän im Maßsta 1:25.000) angefertigt worden waren. Die Bereitstellung dieses Kartenmaterials war eine Voraussetzung fü die geologischen Kartierungen der beiden Expeditionen 1988189 und 1989190 sowie der diesjährigen Ihre Drucklegung soll im Maßsta 1 :25.000 erfolgen, in dem bereits das Blatt "Scharffenbergbotnen" der Sivorgfjella 1993 erschienen ist.

Insgesamt ergaben sich fü die kartierten Bereiche je nach mögliche Differenzierung 10 bis 15 Kartiereinheiten (einschließlic besonderer Bildungen wie Moränen Schuttflächen mafische Dykes etc.), die in den Geländekarte durch Farben und Signaturen gekennzeichnet wurden. Zur Kartierarbeit gehört ferner die Erfassung der tektonischen Gefüg und ihrer Kinematik. Diese strukturgeologischen Arbeiten waren insbesondere in den Bereichen nötig die währen der ersten deutschen Expedition zur Heimefrontfjella 1985186 (siehe Berichte zur Polarforschung, Nr. 33; ARNDT et al. 1987) bei der damaligen Rekognoszierung nicht besucht werden konnten. Im Gegensatz zu dieser ersten Expedition, bei der in große Umfang systematisch Gesteinsproben fü Laboruntersuchungen gesammelt wurden, mußt bei der diesjährige Expedition aufgrund der eingeschränkte Transportkapazitä Zurückhaltun geüb werden. Nur das unbedingt notwendige Gesteinsmaterial fü petrographische, geochemische und geochronologische Untersuchungen wurde gesammelt; dessen Gesamtgewicht machte dennoch Ca. 1 t aus. Das Probenmaterial wurde durch die schwedische ITASE-Expedition von den Kottasbergen zur Neumayer- Station transportiert.

Die günstige morphologischen Verh-ältniss in Tottanfjella (Abb. 2)' förderte die dortigen Kartierarbeiten sehr. Hier waren, im Gegensatz zu den Kottasbergen, die meisten Gipfel, Grate und Gebirgskämm erreichbar und begehbar, so da sich die Begehungen nicht nur auf die Hangfüß Windkolke und weniger steil geneigten Häng beschränkten Außerde treten in Tottanfjella mehrere quer zum Generalstreichen verlaufende Gebirgskämm auf, durch die ausgezeichnete Querprofile gegeben waren, was die Korrelation von Gesteinszügen die Analyse des Gebirgsbaus und die Interpolation bei der Kartendarstellung in besonderem Maß begünstigte

Demgegenübe waren die Verhältniss in den Kottasbergen (Abb. 2) weniger günsti Hier waren nicht alle eis- und schneefreien Bereiche begehbar. Hohe und steile Felsflanken charakterisieren vielerorts das Relief, so da bei der Kartendarstellung in stärkere Maß Inter- und Extrapolationen in unbegangenes Geländ notwendig waren. Dies wurde allerdings geförder durch die Inspektion der Felswänd im Gelände auf Geländephoto und Luftbildern. Trotz der im Vergleich zu Tottanfjella deutlich größer eis- und schneefreien gesamten Aufschlußfläc konnte jedoch auch in den Kottasbergen die Kartierung in der zur Verfügun stehenden Zeit ausreichend detailliert abgeschlossen werden, weil auf der ersten deutschen Expedition 1985186 gerade in dieser Region umfangreichere Vorarbeiten geleistet worden waren.

XU-Fjella wurde leider nicht vollständi bearbeitet. Die fünf allerdings wenig umfangreichen Nunataks des Nordteils dieser kleinen und entlegenen Gebirgsgruppe (Abb. 41) konnten wegen schlechten Wetters am Ende der Kartierkampagne nicht mehr erreicht werden. Abgesehen von dieser kleinen Lück ist das Kartierprogramm trotz der relativ häufige Schlechtwettertage vollständi erfüll worden.

Die folgenden Ausführunge zur Geologie von Tottanfjella und den Kottasbergen (Milorgfjella) sowie XU-Fjella geben in kurzer Form den schon durch die erste deutsche Expedition 1985186 in große Züge bekannten Aufbau dieser Regionen und damit den ersten geologischen Rahmen fü die Kartierarbeiten wieder, sie enthalten aber auch neue und zusätzlich Erkenntnisse, die währen der diesjährige Kartierkampagne gewonnen und unter den sechs beteiligten Fachkollegen diskutiert wurden. In diesem Abschnitt wird die Geologie von Tottanfjella, der Kottasberge und von XU-Fjella dargestellt, da sie Gegenstand der Kartierung waren. Die Kartierung von Sivorgfjella war bereits abgeschlossen.

Tottan fiella

Tottanfjella besteht aus einer Anzahl relativ leicht begehbarer Nunataks im Südwesttei der Heimefrontfjella. Kartiert wurden die Nunataks zwischen Samuelhamaren im SW und Johnsonhogna im NE von Tottanfjella. Die Gesteinseinheiten sind zwischen ca. 1500 und 2200 Höhenmeter aufgeschlossen. Es wurden zwei neue Nunataks im äußerst SE von Tottanfjella entdeckt.

Tottanfjella besteht aus einem amphibolitfaziellen und einem granulitfaziellen Terrane, welche durch die Heimefront-Scherzone getrennt werden (Abb. 41). Im granulitfaziellen Terrane tritt in den Nunataks von Vardeklettane (Vardeklettane- ost) eine Ca. 200 m mächtig Sequenz von Metasedimenten (Metaquarzite, Metaarkosen, Grt-Cord-Sill-führend Metapelite) auf, in die geringmächtig 2-Fsp- Qz-Gneise und Amphibolite eingeschaltet sind, die als Metavulkanitlagen interpretiert werden. Diese suprakrustalen Gesteine bilden Xenolithe in zwei porphyrischen Granitoiden, einem dunklen, grobkörnige Monzonit bis Qz- Monzonit und einem sehr grobkörnigen leukokraten, Grt-führende Granit, die im Gegensatz zu den ältere Orthogneisxenolithen keine Charnockitisierung aufweisen. Die Kalifeldspate des Monzonits sind grü und häufi gerundet. Beide Granitoide sind schwach vergneist Als jüngst Intrusiva treten Mikrogranite und sehr grobkörnig Pegmatite auf, die Biotite bis 30 cm aufweisen.

Vardeklettane-West besteht aus einem migmatischen Orthogneis mit mafischen Gänge und Einschlüssen der bereichsweise, insbesondere im Westteil charnockitisiert ist. Charnockite treten als Aureolencharnockite um basische Xenolithe (2-Pyroxen-Granulite) und nebulö als Replacement-Charnockite entlang von Rissen sowie in Form von Gänge auf. Dieser Gneis tritt in Vardeklettane-Ost xenolithisch in den beiden oben beschriebenen porphyrischen Granitoiden auf. Die Xenolithe waren vor der Inkorporation bereits vergneist. Dunkle, granitische bis monzonitische Charnockite finden sich im West- bis Nordwestteil von Ardusberget. Sie enthalten Schollen von Grt-Opx-führende Orthogneisen. Nach SE schließe sich mächtig Kfsp-Augengneise an, die häufi mylonitisch ausgebildet sind und Tieftemperaturmylonite in Form von Ms-Bio-Chl- Schiefern enthalten. Die Grenze gegen das amphibolitfazielle Terrane wird von einer 2 bis 3 km breiten Zone plutonischer Gesteine gebildet, die in

unterschiedlichem Maß in Augengneise und Augengneismylonite verformt sind. Vier plutonische Komplexe mit folgender Altersabfolge vom ältere zum jüngere treten in Tottanfjella auf:

1. Diorite 2. riesenkörnig Rapakivi-Typ-Granite (Manesigden) 3. dunkle, grobkörnige porphyritische Monzonite und Monzonorite 4. schwach foliierte Mikrogranite und Pegmatite

Die älteste intrusiven Gesteine sind Diorite, die in größer Mächtigkei am Cottontoppen und xenolithisch in vielen der jüngere Granitoide auftreten. Die schwach deformierten Varietäte des Diorits am Cottontoppen weisen eine typische Ocellartextur auf und sind mit feinkörnige Graniten assoziiert, die auf eine hybride Enstehungsgeschichte hindeuten.

Riesenkörnig Rapakivi-texturierte Granite (Manesigden-Granit) nehmen einen sehr große Prozentsatz der Aufschlußfläc ein. Die Kalifeldspate werden bis zu 15 cm groß sind häufi rund und weisen Uhrglasverzwillingung auf. Bei manchen dunklen Mineraleinschlüsse innerhalb der Kalifeldspate besteht der Verdacht auf reliktische Orthopyroxene.

Dunkle Monzonite und Monzonorite nehmen einen große Teil vom südliche Tottanfjella ein. Sie sind bereichsweise mit magmatischen Charnockiten assoziiert und sind, wie z.B auch am Samuelhamaren Grt- und Graphit-führen An Worsfoldfjellet sind vielfältig Kontaktrelationen zum ältere Manesigden-Granit aufgeschlossen.

Als jüngste magmatisches Gestein tritt ein fein- bis mittelkörnige Granit auf, der mit einer pegmatitischen Phase assoziiert ist. Dieser Granit nimmt einen große Aufschlußbereic im südliche Teil von Cottontoppen ein. Er schneidet die metamorphen S-Fläche der ältere lithologischen Einheiten, ist aber selbst auch noch schwach deformiert.

Die Heimefront-Scherzone liegt in Tottanfjella im Bereich des Übergange von dem von Plutoniten dominierten Bereich in den weiter südöstli anschließende Bereich, in dem Metasedimente häufige werden. Sie ist besonders gut in den Flisegga-Nunataks aufgeschlossen Hier dominieren im Nordteil Kfsp- Augengneismylonite. Weiter südlic bilden Augengneismylonite unterschiedlicher Mächtigkei eine Wechsellagerung mit plattigen bis bankigen Bio-QzFsp-Gneisen rhyolithischer bis dazitischer und Qz-andesitischer Zusammensetzung, mit häufige Pegmatiten und untergeordnet auch Amphiboliten, Bio-Amphiboliten, Hbl- Gneisen und sehr Fsp-armen Biotitschiefern. Unter Einschaltung von migmatischen Metasedimenten in Form von grauen Bio-Qz-Fsp-Gneisen sowie von Metaquarziten entwickelt sich eine "Bunte Serie", in der umgelagerte Vulkanoklastite, z B. als geringmächtig Kfsp-Augengneise auftreten können Im äußerst SE von Tottanfjella treten Metasedimente häufige auf. Sie setzen sich aus Paragneisen, Metaquarziten, Metakonglomeraten und Metapeliten zusammen. Marmoreinschaltungen sind aus Sivorgfjella bekannt. Die bimodale metavulkanische Abfolge ist wesentlich mächtige als die Metasedimente. Ms ist sekundä und an jünger Scherzonen gebunden

Fü Tottanfjella läà sich von SE nach NW folgende lithologische Abfolge feststellen: Metasedimenten im SE, gefolgt von bimodalen Metavulkaniten und

hypabyssalen Intrusiva, die in Orthogneise übergehe und an die sich granulitfazielle Gesteine anschließen Die Heimefront-Scherzone liegt im Ubergangsbereich von den Orthogneisen in die suprakrusQlen Gesteine.

Auch strukturell läà sich Tottanfjella in zwei Terrane gliedern. Die metamorphen S- Fläche im granulitfaziellen Terrane (Vardeklettane - Ardusberget) streichen E-W und Faltung tritt um E-streichende, flach eintauchende Faltenachsen auf. Demgegenübe streichen alle Einheiten im amphibolitfaziellen Teil von Tottanfjella NNE-SSW bis NE-SW. Die metamorphen S-Fläche sind im Bereich der Heimefront-Scherzone um NNE bis NE verlaufende Faltenachsen verfaltet

Die steilstehende Heimefront-Scherzone änder ihr Streichen von NE-SW in Sivorgfjella nach NNE-SSW in Tottanfjella. Damit änder sich ebenfalls der Charakter der Scherzone. In Sivorgfjella sind flach eintauchende Lineare mit einem dextralen Schersinn assoziiert. In Tottanfjella tauchen die mylonitischen Streckungslineare mittelsteil bis steil nach E bis NE ein oder liegen in der Fallrichtung der S-Flächen Generell wird Südos auf Nordwest überschoben Bei NW-fallenden Mylonitfläche entsteht abschiebender Bewegungssinn In den meisten Fälle ist im Horizontalschnitt eine dextrale Scherkomponente erkennbar, wenn das Streckungslinear relativ flach liegt. Sinistraler Schersinn ergibt sich im Horizontalschnitt bei steilerer Neigung des Streckungslinears und SE übe NW Aufschiebung. Das Strainfeld der Heimefront-Scherzone änder sich von Sivorgfjella nach Tottanfjella von einer lateralen in eine frontale Rampe.

Kottasberge

Die Kottasberge werden fast auschließlic von magmatischen Gesteinen aufgebaut, bei denen es sich überwiegen um Metavulkanite und granitische Intrusiva handelt. Im zentralen Teil der Kottasberge, im Gebiet zwischen Laudalkammen und Schivestolen dominieren sillförmige bis mehrere hundert Meter mächtige hypabyssale granitische Intrusiva, die unterschiedlich stark vergneist sind. Uberwiegend handelt es sich um rote und weiße Bio-reiche, Hbl- führend Kfsp-Augengneise, deren hoher Kfsp-Gehalt auf eine deutliche Alkalitendenz dieser ehemaligen Granite hinweist. Diese Augengneise sind sehr reich an Titanit. Es bestehen Übergän zu Hbl-freien granitischen Bio-Qz-PIg- KfspGneisen sowie zu Qz-ärmeren jedoch weniger häufige monzonitischen Gneisen

Diese alkalibetonten Granite intrudieren einen geschichteten Verband von plattigen bis bankigen Bio-Qz-PIg-Gneisen, unterschiedlich stark Hbl-führende Bio-Qz-PIg-Gneisen und Amphiboliten. Es handelt sich um eine Wechsellagerung von dazitischen, Qz-andesitischen bis andesitischen und basaltischen Metavulkaniten. Eingeschaltet sind basische Intrusive dioritischer bis gabbroider Zusammensetzung. Teilweise sind in den Dioriten und Gabbros ophitische Gefüg und chilted margins erhalten. Rhyolithische Metavulkanite treten erst im SW-Teil der Kottasberge häufige auf (siehe unten).

Metasedimente finden sich eingeschaltet in die Metavulkanite am Südend von Burasbotnen und am Nordostende von Arntzenrustene. Es handelt sich um graphitführend silikatische Marmore und Kalksilikate mit Phlogopit, Grammatit- Aktinolith, Diopsid und Olivin (?) sowie um graphitführend Quarzite, Bio-Quarzite und untergeordnet Bio-Schiefer. Vermutlich handelt es sich bei den Qz-reichen Metasedimenten um Metacherts und bei den Bio-Schiefern um Metatuffite.

Metapelite und Metaspammite treten erst im Südwesttei der Kottasberge und in XU-Fjella auf und werden nach Südweste häufige (siehe unten).

Im Bereich der nordöstliche und zentralen Kottasberge (Arntzenrustene - Leabotnen - Burasbotnen) läà sich folgende lithologische Abfolge im Basement rekonstruieren: 1. Uberwiegend intermediär (Qz-andesitische bis andesitische) Metavulkanite mit Amphiboliten und Metarhyolithen sowie lokalen Einschaltungen von Metakarbonaten, Metaquarziten und Metapeliten (Bio-Schiefern) 2. Intrusion Kfsp-reicher Hbl-führende und Hbl-freier Granite. (Kfsp-Augengneise) 3. Intrusion basischer Sills (Amphibolite) 4. Intrusion von Mikrograniten als Sills und Dykes, nur schwach vergneist 5. Aplitgranitische Gäng mit pegmatitischen Partien, schwach deformiert 6. Unvergneiste Pegmatite 7. Basaltische bis gabbroide Dykes mit chilled margins

Im Südwesttei der Kottasberge zwischen Borgebotnen und Steenstruphorten überwiege die metavulkanischen Gesteine. Drei lithologische Assoziationen lassen sich unterscheiden, die als bankige bis plattige, oft bis in den Zentimeter- und Millimeterbereich gebändert Gneise vorliegen:

1. Bio-Qz-Pig- bis Bio-PIg-Qz-Gneise in Wechseilagerung mit HbIBio-Qz-PIg- Gneisen und Amphiboliten. Es handelt sich hier um intermediär bis basische Metavulkanite dazitischer, Qz-andesitischer bis andesitischer und basaltischer Zusammensetzung mit dioritischen und gabbroiden Intrusiva. Untergeordnet könne Bio-QzKfsp-PIg-Gneise rhyolithischer Metavulkanite eingeschaltet sein. Insgesamt überwieg tonalitische Zusammensetzung.

2. Bio-Qz-PIg-Kfsp-Gneise rhyolithischer, rhyodazitischer bis latitischer Zusammensetzung, die teilweise Hbl-führen sind und mit Amphiboliten wechsellagern. Qz-andesitische Gesteine treten untergeordnet auf. Insgesamt überwieg rhyolithische Zusammensetzung.

3. Eine Mischung von 1 und 2, in der sich die tonalitisch und rhyolithisch dominierten Anteile kartiertechnisch nicht trennen ließen Der Anteil der Amphibolite wechselt in den unterschiedenen Einheiten. Er kann maximal etwa 50% betragen. Lokal sind die Gneise und Amphibolite sowie Metadiorite und Metagabbros Grt-führend

Metasedimente treten nur untergeordnet in Form von stark migmatischen Grt- führende Bio-Qz-Fsp-Gneisen, örtlic mit Sil auf Ms ist sekundä an retrograde Mylonite gebunden. Gelegentlich wurden auch Metaquarzite, Graphitquarzite und Bio-Schiefer beobachtet.

Lokal treten basische Dykes bis 10 m Mächtigkei auf, die als Amphibolite vorliegen. Ein ca. 10 m mächtige Norit-Dyke im Westteil von Borgebotnen besitzt einen mehrere Dezimeter breiten chilled margin und ist nur in Bereichen duktiler Scherzonen in Amphibolit umgewandelt.

Wenige unmetamorphe basische Gäng durchschlagen das Grundgebirge der südwestliche Kottasberge. Es handelt sich um mesozoische Dolerite, die auch die permokarbonischen Sedimente vom Schivestolen als Sill intrudieren und als Basaltergüss die südöstlich Nunataks von XU-Fjella aufbauen.

Abb. 41: Geologische Kartenskizze der Heimefrontfjella. (Gestrichelte Rahmen: Kartiergebiet 1994) Fig. 41: Geological dran map of Heimefrontfjella (dotted frame: mapped area 1994)

Die strukturelle Entwicklung der Kottasberge ist durch eine zweiphasige Formung gekennzeichnet. Die erste Deformation D1 hat einen NE-vergenten Falten- und Schuppenbau erzeugt. Faltung dominiert in den gut geschichteten Metavulkaniten insbesondere im Südwesttei der Kottasberge mit ausgeprägte R-Tektoniten. Die zweite Deformation D2 hat NW-vergente Falten und Uberschiebungen erzeugt. Die hoch anisotropen Metavulkanite im SW-Teil der Kottasberge wurde durch D2 in eine steile Lage rotiert, wodurch die D1-Falten eine Schlingentektonik bilden. In den durch die massiven granitischen Intrusionen beherrschten Teilen der Kottasberge dominieren flache N- bis NW-vergente Uberschiebungen, welche die jüngste Pegmatite und basischen Dykes versetzen. Die Metamorphosebedingungen der D1 Deformation lagen oberhalb der Stabilitä von Ms im migmatischen Bereich. Die 02-Verformung reicht bis in den semiduktilen Bereich innerhalb der Stabilitä von Biotit. Muscovit und Serizit wurden neu gebildet. Alle Einengungsstrukturen sind älte als die präpermisch Landoberfläche An einigen Stellen konnten kataklastische Abschiebungen unbekannten Alters beobachtet werden. Nur in einem Fall konnte der Versatz der permokarbonischen Sedimente um wenige Meter nachgewiesen werden.

Das kristalline Basement wird in den Kottasbergen und in XU-Fjella an mehreren Stellen von unterpermischem Deckgebirge überlagert Profile der auskartierten Vorkommen wurden bereits detailliert von POSCHER (1987, 1988) untersucht. Nach diesen Untersuchungen beginnt das am Schivestolen noch maximal 160 m mächtig Perm mit Diamiktiten und vorwiegend fluvioglazialen Bildungen, die zum Hangenden in Ablagerungen eines "braided river system" übergehen Im hangenden Anteil sind am Schivestolen mehrere, bis zu 40 cm mächtig Kohleflöz eingeschaltet, die einen fü Gondwanakohlen typischen hohen Mineral- und Fusinitgehalt aufweisen.

XU- Fiella

Von der südöstli zwischen den Kottasbergen und Sivorgfjella gelegenen XU- Fjella konnte nur der südlich Anteil mit den Nunataks Hauglandkleppen, Bergslienfallet und Storsveenfjellet kartiert werden. Das Hauptmassiv von Hauglandkleppen wird von einem rötlichen schwach vergneisten Metagranit aufgebaut, der reich an Paragneis und Amphibolit-Xenolithen ist. Nach Osten hin folgen migmatische Paragneise mit Einschaltungen von Metarhyolithen und Hbl- führende Metadaziten, die schließlic am Nordostsporn von Hauglandkleppen in feingebändert Amphibolite übergehen

In den Nunataks von Bergslienfallet dominieren migmatische, granatführend Bio- Fsp-Qz-Gneise, die als Paragnese angesprochen wurden. Weiter nördlich bei Storsveenfjellet, sind wieder bimodale Metavulkanite aufgeschlossen, vor allem graue, metadazitische Bio-Hbl-Fsp-Gneise und Amphibolite sowie untergeordnet rosafarbene Metarhyolithe.

Die gesamte südlich XU-Fjella zeigt einen relativ einheitlichen tektonischen Bau. Die Gesteine sind um flach bis mittelsteil nach SW abtauchende Achsen gefaltet. Die S-Fläche fallen steil nach NW und SE ein. Der Faltenbau ist jünge als die Metatexis der Gneise, denn das meist lagig ausgebildete Neosom ist mitverfaltet.

Logistische Erfahrungen

Das wissenschaftliche Programm konnte trotz des verhältnismäà hohen Anteils an Schlechtwettertagen zu etwa 95 % erfüll werden. Nur in XU-Fjella blieben 5 kleine Nunataker unbearbeitet. Das Kartierprogramm wird als abgeschlossen betrachtet.

Fahrzeuge und Ausrüstun haben die Erwartungen erfüllt Die Streckenfahrzeiten betrugen gegenübe den schweren Lastzüge nur etwa die Hälfte Im schwierigen Gebirgsgeländ erwiesen sich die Skidoogespanne als ausgezeichnete und vor allem sichere Fortbewegungsmittel. Die größe Mobilitä erlaubte bei unbeständige Witterungsverhältnisse auch die Nutzung von kurzfristigen Wetterbesserungen.

Dank der gewissenhaften Vorbereitung und ständige Kontrolle der Skidoos durch Holger Wohltmann, AWI, konnten an 3 Fahrzeugen aufgetretene Kupplungsschäde vorzeitig erkannt und repariert werden. Diese Schäde waren auf Überlastun zurückzuführe Fü zukünftig Unternehmungen dieser Art empfiehlt es sich, die Ladung der Schlitten auf 500 kg pro Skidoo zu beschränke und pro Teilnehmer ein Gespann vorzusehen. Mit 6 Schlittenzüge wär die Unternehmung einfacher und mit geringerem Restrisiko durchzuführe gewesen.

Insgesamt entsprach die Ausrüstun den Anforderungen gut. Die Zelte haben bei richtiger Aufstellung Sturmböhe von 95 kmlh standgehalten. Die GPS-Gerät vereinfachten und beschleunigten die Orientierung außerordentlich Die Funkverbindung mit Neumayer hat ausgezeichnet funktioniert.

Das logistische Experiment einer "leichten" Traverse verlief erfolgreich. Voraussetzung dafü war das Treibstoffdepot im Aktionsgebiet. Unabhängi davon muà bei geologischen Unternehmungen dieser Art allerdings das gewichtsbedingte Problem des Gesteinsprobentransportes aus dem Arbeitsgebiet gelös werden.

Station 1-No. Date Time Latitude Longitude Depth Activity 291001 16.01.94 6:49 56OO6.8'S 062O54.4'W 2003 CTD 291002 18.01.94 21:35 63°00.7' 057°53.0' 750 MN

22:30 63"00.7'S 057'53.2'W 501 NAN 18.01.94-19.01.94 23:27-00:11 63OOO.7'S 057'53.8'W 0-252 RMT 19.01.94 00:48 62O59.3'S 057O56.0'W 825 CTDIROSI

PS 2521 -1 01:18 62O59.3'S 057O56.0'W 860 MUC (30) 291004 19.01.94 21 :56 62O15.2'S 058°45.0' 162 Reuse 291005 20.01.94 09:25 62O23.5'S O5O035.2'W 1002 CTD 291007 22.01.94 11 :37-22:lO Seismic

22:22 66'57.3's 068'56.8'W 100 CTD 291008 23.01.94-24.01.94 22:46-00:49 68O1 1.4's 067'28.6'W 188 ROV 291009 25.01.94 13:36-14:15 66'28.9's 068'01 .7'W 0-21 0 RMT

15:58-22:11 Seismic 22:32 66'07.0's 067'1 3.2'W 100 CTD

291010 PS 2522-1 28.01.94 09:43 66O53.4'S 074"07.3'W 3436 MUC (40) PS 2522-2 10.45 66'53.23 074°06.9' 3437 BL

1 1 :58 66O52.8'S 074'05.9'W 3000 CTDIROSI 13:58 66O52.9'S 074°05.9' 3442 SL (1 0501800) 15:41 66O53.IiS 074'06.3'W 1000 MN 14:58-16:52 66'53.3's 074°07.0' 0-205 RMT 18:19 66'52.8's 074"06.0'W 100 DF 18:49 66'52.7's 074°06.0' 100 CTDIROSI

29101 1 28.01.94 23:19 67'1 1 .PS 073"20.7'W 95 DF PS 2523-1 23:57 67'1 0.9's 073'20.9'W 778 CTDIROSI

29.01.94 00:45 67'7 1 .WS 073'20.9'W 700 MN PS 2523-2 01 :32 67'1 2.3's 073O20.9'W 740 SL (1 00126) PS 2523-3 02:27 67O14.3'S 073'22.8'W 640 MUC (0) . .

02:55-03:25 67'1 1.3's 073°20.0' 0-205 RMT 29101 2 29.01.94 14:24-18:lO 68O40.2'S 072'37.3'W Sea-ice sampling

1 68O40.7'S 072"38.8'W Laser-altimetw flicht 1 68'29.2's 072W.6'W Linescan flight -

29/01 3 29.01.94 22:24 68029.01S 072O42.5'W 294 NAN 22:55 68'29.1's 072°43.0' 300 MN

PS 2524-1 23:29 68'29.2's 072'43.3'W 458 GKG (30) 29.01.94-30.01.94 23:48-01:42 68'29.3's 072'43.9'W 501 ROV

29/01 4 30.01.94 14.25 68O12.7'S 067"17.4'W 74 MER 14:48 68O12.8'S 067"17.7'W 100 DF

PS 2524-2 1536 68°12.9' 067"18.3'W 326 CTDIROSI 16:25-17:23 68"13.6'S 067°19.5' 301 AGT

29101 5 30.01.94 21 :57-23:46 67O33.I1S 068'02.6'W 129 ROV 31 .01.94 00:09 67O32.8'S 068'02.7'W 151 Reuse

29101 6 01.02.94 09:46-10:18 68"15.5'S 073'29.6'W 0-205 RMT 10:33 68'15.9's 073'26.6'W 400 MN

PS 2525-1 1 1 :32 68'16.2's 073"26.6'W 453 GKG (28) 1 1 :59 68'16.2's 073'26.3'W 100 MER 12:28 68'1 6.4's 073'26.2'W 100 DF

PS 2525-2 12:58 68"16.4'S 073°26.1' 450 CTDIROSI 14:12-15:46 68'1 4.5's 073'1 1.9'W 327 ROV

29/01 7 01.02.94 20:OO Seismic - 04.02.94 21 :OO

Station 1-NO. Date Time Latitude Longitude Depth Activiiy 29/01 8 04.02.94 21 :24-21:58 7O0O0.8'S O8O009.8'W 0-1 95 RMT

22:51 7O0O0.8'S O8O004.4'W 500 NAN 23:39 7O0O0.8'S O8O003.8'W 500 MN

05.02.94 00:31 7O0O0.9'S 080°03.6'Vi 566 CTDIROSI PS 2526-1 01 :11 7O0O0.8'S O8O003.4'W 580 GKG (45)

29/01 9 05.02.94 11 :01-12:OO 71 "03.1's 079"25.0'W Sea-ice sarnpling 2 7Z0O5.5'S 079°25.0' Laser-altimetry flight

291020 05.02.94 18:45 7I015.0'S 076'59.7'W 100 DF 19:08 71°15.1' 076'59.5'W 70 MER 19:38 7I015.4'S 076'59.2'W 617 CTDIROSI 20:19 7I015.3'S 076'59.2'W 500 MN

291021 05.02.94 23:09-23:56 71'29.8's 076°01.8' 0-220 RMT PS 2527-1 06.02.94 00:22 71'28.6's 076"05.1'W 730 MUC (30) PS 2527-2 06.02.94 00:45 71°28.5' 076OO5.3'W 730 BL

- 08.02.94 17:44 291022 06.02.94 12:27-13:27 71 '59.8's 075"13.6'W 444 AGT

13:51 71'59.2's 075°17.0' 400 MN 14:28-16:08 71 '59.4's 075'1 6.3'W 469 ROV

PS 2528-1 16:24 71 '59.5's 075'1 6.8'W 446 MUC (24) 291024 06.02.94 21 :58 72'28.0's 073"18.0'W 100 DF

22:24 72'28.1's 073'17.5'W 82 MER PS 2529-2 22:51 72'28.2's 073°17.0' 480 CTDIROSI

23:22 72'28.3's 073O16.4'W 400 MN 06.02.94-07.02.94 23:57-00:36 72'28.4's 073'16.6'W 0-225 RMT

PS 2529-1 07.02.94 01 :05 72'29.2's 073'20.8'W 560 GKG (20) 291027 07.02.94 05: l l Seisrnic

- 08.02.94 11 :32 291028 08.02.94 12:24-14:38 71 004.1'S 076O35.1'W Sea-ice sarnpling

13:37 71 '04.3's 076O34.4'W 322 CTDIROSI 14:07 71 '04.5's 076'33.5'W 18 DF

291030 PS 2530-1 08.02.94 19:17 71 '28.2's 076°07.3' 727 SL (20010) 291031 08.02.94 21 :23-22:57 71 '35.8's 075'33.5'W 249 ROV 291033 09.02.94 12:12-12:48 72'48.5's O72O26.liW 0-210 RMT

PS 2531-2 13:23 72O48.0'S 072'24.9'W 740 CTDIROSI 14:09 72"48.11S 072O29.8'W 100 DF 14:37 72'48.8's 072'32.9'W 90 MER

PS 2531-1 14:59 72'50.0's 072'34.5'W 757 GKG 291038 3 10.02.94 71 "42.3's 076'59.4'W Laser-altimetry flight

2 71 "30.0'S 076"30.0'W Linescan flight 10.02.94 11:09 Seisrnic

- 12.02.94 09:lO 291039 12.02.94 10:05-15:57 73'26.7's 082O33.3'W Sea-ice sarnpling

PS 2532-1 14:14 73'25.0's 082O53.5'W 578 GKG (10) PS 2532-2 14:42 73'24.1's 082O41.1'W 540 GKG (34) PS 2532-3 16: l l 73'24.5's 082'51 .0'W 446 SL (2010)

291040 13.02.94 14:09-15:lO 71 "00.1'S 085'59.6'W 577 AGT 15:56 7l0O0.8'S 085'54.5'W 150 MER 16:43 7l0O1.0'S 085"53.3'W 100 DF 17:15 71'01 .2'S 085O53.5'W 500 MN 18:14 71 '01.4's 085'53.9'W 594 GKG (40) 1850 71 001.5'S 085'53.9'W 588 SL (30011 93) 19:26-19:57 71°0 .3'S 085O54.7'W 0-160 RMT

4 71 "10.0's 086"45.0'W Laser-altimetrv fliuht , - 3 71 O1O.O's 086°45.0' Linescan flight

291041 13.02.94 21:31 Seismic

5 14.02.94 7O00O.0'S 089"OO.O'W Laser-altimetry flight 291042 15.02.94 11 119-12139 68O52.6'S O9O049.8'W 161 ROV

l2:55-13:21 68'52.5's 09O05O.0'W 0-1 60 RMT

Station 1-No. Date Time Latitude Longitude Depth Activity 13:44-14:ll 68"52.01S O9O051.2'W 183 AGT 14:33-15:58 68O51.2'S O9O052.4'W 242 ROV 16:30 68'51 .I 'S O9O052.4'W 100 DF 17:OO 68'51 .I 'S O9O052.6'W 106 MER 17:23 68'51.1 'S O9O052.6'W 264 CTDIROSI 17:49 68'51.2's O9O052.5'W 200 MN 18:24 68'51.3's 090°52.7 277 GKG (15) 19:23 68'51.3's O9O052.8'W 296 SL (0) 19:51-20:28 68'51.4's O9O052.6'W 257 AGT

291043 PS 2535-1 15.02.94 22:35 68'59.1's O9O030.7W 1658 SL (0) 23:18 68'59.1 'S O9O030.7'W 100 MER 23:51 68'59.2's O9O031.1'W 100 DF

PS 2535-2 16.02.94 00:42 68'59.3's O9O031.3'W 1704 CTDIROSI 01:53 68'59.3's O9O032.0'W 1000 MN 03:40 68'59.4's 090°32.6' 500 B 0 04:13-04:45 68'59.2's O9O032.8'W 0-200 RMT

PS 2535-3 05:17 68O58.7'S 090°30.7' 1469 GKG (0) 291044 PS 2536-1 16.02.94 07:42 69OO2.7'S O9O018.7'W 2791 GKG (0) 291045 PS 2537-1 16.02.94 1 1 :45 69"18.3'S 089'44.1'W 3781 MUC (18)

PS 2537-2 12:37-21:29 69°18.4' 089°43.8' 3783 BL 12:45-13:20 6g01 8.5's O8g043.7'W 0-170 RMT 13:47 69O18.9'S 089O39.7'W 100 MER 14:17 69'1 9.1 'S 089O39.5'W 95 DF

PS 2537-3 15:28 69'19.2's 089'39.2'W 3000 CTDIROSI 18:33 69'20.3's 089O40.3'W 1000 MN

PS 2537-4 20:30 69'18.6's 089°44.1' 3782 SL (0) 291046 PS 2538-1 17.02.94 01 :34 69'43.8's 088'55.3'W 3236 MUC (32)

PS 2538-2 02:53 69'43.8's 088'55.4'W 3238 SL (550141 5) 291047 PS 2539-1 17.02.94 05:Ol 69'51 .0'S 088"41.7'W 2633 SL (5001330)

PS 2539-2 06:06 6g051 .3'S 088'42.6'W 2646 MUC (32) 291048 PS 2540-1 17.02.94 1 1 :25 7Oo03.8'S 087'55.9'W 1822 MUC (29)

PS 2540-3 13:15 70'03.9's 087'55.4'W 1820 SL (55014'1 4) 291049 6 1 7.02.94 7Oo15.0'S 088°00.0' Laser-altimetry flight

l9:04-19:41 70'1 6.9's ' 08i038.6'W 0-200 RMT 20:06 7Oo15.4'S 087°36.0' 100 DF 20:35 70°15.6' 087O35.8'W 100 MER 21:17 70°15.8' 087'35.4'W 1238 CTDIROSI 22:20 70°16.1' 087°35.1' 1000 MN

PS 2541-2 18.02.94 00: 1 5 70° 6.0's 087'34.7'W 1243 MUC (30) 291050 18.02.94 03:29-04:OO 7O03O.0'S 087'06.8'W 0-200 RMT

04:35 70'30.8's 08i004. 1 'W 668 CTDIROSI 05:21 7O03O.9'S 087OO4.8'W 600 MN

PS 2542-1 06:07 70'31 '0's 087OO5.9'W 677 MUC (20)

. - 15:45 70'56.2's 089O18.6'W 100 MER 16:17 70'56.3's 089"18.9'W 100 DF 16:49 70'56.4's 089"19.2'W 548 CTDIROSI 17:36 70'56.6's 089'19.8'W 500 MN 18:23 70'56.8's 089O20.6'W 547 SL (30011 70) 18:58 7Oo56.9'S 089'21 .0'W 540 GKG (0)

PS 2543-3 19:32 70°57.0' 08g021 .4'W 537 MUC (30) 291052 19.02.94 00:05 Seismic

- 22.02.94 12:08 291053 7 22.02.94 71 "40.0's 104°00.0' Laser-altimetry flight

15:53-16% 71 "32.8's 104O59.3'W Sea-ice sampiing- 291054 22.02.94 20:05-23:44 71 '47.6's 105°09.3' Sea-ice sampling

Station [-No. Date Time Latitude Longitude Depth Activity 20:23 71'47.6's 105"09.3'W 100 DF 20:52 7I047.6'S 105"09.6'W 100 MER 21-27 7I047.7'S 105"10.3'W 513 CTDIROSI 22:09 71'47.7's 105°10.7' 500 MN

PS 2544-1 22:49 71 '47.8's 105'1 1.5'W 546 GKG (21) 8 24.02.94 7Z019.0'S 106'1 1.6'W Laser-altimetry flight 4 71 '53.2's 105V8.8'W Linescan flight

291056 26.02.94 03:19-03:52 69'14.6's 11 7¡29.8' 0-200 RMT 26.02.94 04: 13 Seismic

- 28.02.94 10139 291057 9 28.02.94 73'05.9'S 122°22.6' Laser-altimetrv fliaht ,

16:52-20:OO 73°09.6' 121 "50.9'W Sea-ice sampling 16:56 73'09.6's 12l05O.9'W 100 MER 17:44 73"09.6'S 12I052.3'W 100 DF 18:15 73'09.6's 121 '53.2'W 600 CTDIROSI 18:56 73'09.6's 12I054.7'W 600 MN 19:43 73'09.5's 12lo56.9'W 636 GKG (1 5) 20:18-20:53 73'09.7's 12l057.8'W 0-175 RMT 21 :06-22:30 73'10.8's 121°54.2' 627 AGT

291058 01.03.94 00:49-02:45 72'56.8's 121 '36.3'W 450 ROV 03:ll-04:25 72'57.3's 12I037.1'W 462 ART

291059 01.03.94 05:23-06:58 72'50.0's 12I016.7'W 385 ROV 07:13-08:12 72'49.1's 12I014.7'W 377 AGT

291060 01 '03.94 09:15-10:52 72'45.1's 12I005.1'W 430 ROV 11 :07-12:09 72'44.6's 12I004.2'W 620 AGT

72'39.9's 120°18.9' Laser-altimetry flight 5 7Z03O.0'S 12Oo3O.0'W ~inescan flight -

291061 01.03.94 14%-17:OO 72'33.6's 121 "03.2'W Sea-ice sampling . .

CTDIROSI MN DF MER B 0 RMT Sea-ice sarnpling DF MER CTDIROSI MN MUC (1 5)

06%-07:lO 72"03.3'S 12Oo56.1'W 0-1 50 RMT 291063 PS 2547-1 02.03.94 14:51 71°09.1' 11 go55.6'W 2090 SL (1 0501154)

PS 2547-2 15:55 7l0O9.1'S 11 go55.1'W 2092 MUC (30)

PS 2548-2 21 :35 70'47.3's 11 9'30.7'W 2642 MUC (40) 291065 PS 2549-1 03.03.94 01:16 7O02O.7'S 11 8'49.7'W 2841 SL (1 5001967) 291066 PS 2550-1 03.03.94 05:52 69'52.5's 11 8"13.3'W 31 09 SL (1 3001828)

06:57-07:33 6go5l .4'S 11 8OI3.l'W 0-150 RMT 08:49 69'52.9's 11 8'16.6'W 2946 CTDIROSI 1 0:27 69'52.8's 118°15.6' 1000 MN 12:23 6go51.5'S 1 18°13.0' 3108 MUC (40) 13:40 6g051 .8'S 118°12.9' 100 DF 14:08 6951 .8'S 118°13.0' 100 MER

291067 PS 2551-1 03.03.94 17:38 69'48.9's 1 17'01 .5'W 3278 SL (1 55011 083) 291068 PS 2552-1 03.03.94 21 :58 69'1 3.5's 11 7'26.6'W 2158 SL (010) 291069 03.03.94 22:33 Magnetic

Station [-No. Date Time Latitude Longitude Depth Activity PS 2553-2 13:08 69"29.7'S 097°26.6' 4299 MUC (35) PS 2553-3 14:50 69'29.6's 097'26.3'W 4300 SL (1 30011 000)

291071 05.03.94 18:08 Seisrnic - 06.03.94 19:OO

291072 PS 2554-1 06.03.94 20:lO 69'26.8's 092'44.0'W 3892 SL (1 50011 022) 291073 06.03.94 21:12 Seisrnic

- 07.03.94 12:30 07.03.94 16:37 69'28.8's 097'24.5'W 100 MER

17:lO 6go28.8'S 097O24.3'W 100 DF PS 2555-1 17:27-23:37 6go29.0'S 097'24.2'W 4333 BL PS 2555-2 18:29 69O29.I1S 097'23.7'W 2950 CTDIROSI

19:59 69'29.3's 097°23.0' 500 B 0 20:30-21:03 69'29.5's 097°22.1' 0-220 RMT

291075 PS 2556-1 08.03.94 10:47 69'29.9's 094°10.1' 3586 MUC (40)

12159-16102 Magnetic 291076 08.03.94 17:22 69"29.7'S 092"42.3'W 500 B 0

08.03.94 18:37 Magnetic - 10.03.94 12~22

291077 10.03.94 13:42-14:37 68°13.1' 067'33.2'W 208 AGT 15:04-16.30 68"13,9'S 067°31.1' 185 ROV

291078 10.03.94 19:47-22:l 0 67'52.2's 067O30.8'W 396 Reuse 22:48-23:15 67'49.9's 067°28.9'W0-16 RMT

10.03.94 23:32 67O50.5'S 067O32.7'W 273 AGT - 11.03.94 00:06

11.03.94 00:30-02:35 67'51 .0'S 067'29.5'W 31 0 ROV 03:05-05:OO 67'52.0's 067'25.8'W 148 ROV

291079 11.03.94 12:14-13144 67O44.3'S 068"16.8'W 107 ROV 14:45-15:13 67'45.7's 068O15.9'W 0-1 75 RMT

291080 11.03.94 19:35 Magnetic

13.03.94 11 :38-12:09 62'24.4's 058O35.1'W 0-200 RMT 291081 13.03.94 16:32 Magnetic

Seismic -1 7.03.9 07:48

291082 17.03.94 08:51 63'22.6's 025O50.6'W 500 B 0 291083 17.03.94 09:22 Magnetic

-25.03.9 11 117 291084 TSO 8A 19.03.94 16:11 Seismic

-20.03.9 0034 291085 TSO 7 21.03.94 17:55 Seisrnic

-22.03.9 00:34 291086 TSO 6 22.03.94 13:54-19:40 Seismic 291087 TSO 4 24.03.94 06:02 Seisrnic

9.2 9 Station map Bransfield Strait ...................................................... Station map Marguerite Bay ....................................................... Station map Margueriie Bay, Geologie .................................... Station map Bellingshausen Sea .............................................. Station map Bellingshausen Sea, Geologie ........................... Station map Amundsen Sea ....................................................... Station map Amundsen Sea, Geologie .................................... Station map off Thurston Island .................................................. Station map off Thurston Island, Geologie ............................... Profile "Drake Passage" ............................................................... Profile "Marguerite Bay " ............................................................... Profile "Bellingshausen Sea" ......................................................

.............................................................. Profile "Amundsen Sea"

............................................................... Profile "Thurston Island" Erosional channels on profile "Thurston Island" .....................

Fig. 43: Station map Marguerite Bay

Fig. 44: Station map Marguerite Bay, Geologie

Sea

Fig. 45: Station map Bellingshausen Sea

Sea

Fig. 46: Station map Bellingshausen Sea, Geologie

Fig. 47: Station map Amundsen Sea

Fig. 48: Station map Amundsen Sea, Geologie

Fig. 49: Station map off Thurston Island

Fig. 50: Station map off Thurston Island, Geologie

Fig. 51 : Profile "Drake Passage"

Fig. 52: Profile "Marguerite Bay"

-74 -73.5 -73 -72.5 -72 -71.5 -7 1 -70.5 -70 -69.5 -69

Latitude (Â S)

Fig. 54: Profile "Amundsen Sea"

Fig. 55: Profile "Thurston Island"

Fig. 56: Erosional channels on profile "Thurston Island"

9.3 Beteiligte Institute I Partici~atina Institutions

Adresse I Address Particioants/Teilnehmerzahl

Belaien

RCMG

DGUC

Deutschland

AWI

BFA

BGR

DLR

SWA

HSW

IPGF

Renard Centre of Marine Geology State University of Gent Krijgslaan 281158 B-9000 Gent

Universidad de Chile Departamento de Geologia Casilla 1351 8 Correo 21, Santiago de Chile

Alfred-Wegener-Institut fü Polar- und Meeresforschung Columbusstraß D-27568 Bremerhaven

Bundesforschungsanstalt fü Fischerei Institut fü Seefischerei Palmaille 9 D-22767 Hamburg

Bundesanstalt fü Geowissenschaften und Rohstoffe Stilleweg 2 D-30655 Hannover

Deutsche Forschungsanstalt fü Luft- und Raumfahrt Münchne Str. 20 D-82234 Weßlin

Deutscher Wetterdienst - Seewetteramt - Bernhard-Nocht-Str. 76 D-20359 Hamburg

Helicopter Service Wasserthal GmbH Kätnetwe 43 D-22393 Hamburg

Institut fü Physische Geographie Freiburg Werderring 4 D-79085 Freiburg

IGUM

FGB

IBG

MOP

Institut fü Allgemeine und und Angewandte Geologie Universitä Münche Luisenstr. 37 D-80333 Münche

Universitä Bremen FB Geowissenschaften Postfach 33 04 40 D-28334 Bremen

Universitä Göttinge Institut fü Bioklimatologie Büsgenwe 1 D-37077 Göttinge

Deutscher Wetterdienst Meteorologisches Observatorium Potsdam Telegrafenberg D-1 4473 Potsdam

ZDF Zweites Deutsches Fernsehen

Schweden

AMC University of Götebor Department of Analytical and Marine Chemistry S-41296 Götebor

HK.

BAS

W

usc

British Antarctic Survey High Cross, Madingley Road Cambridge Cf33 OET, UK

University of Southern California Dept. Biological Sciences University Park Los Angeles, CA 90089-0371 USA

9.4 Fahrtteilnehmer1Partici~ant.s

Name

Abrahamsson, Bierling, Böckmann Bonn, Bracher, Brunßen Büchner Dimmler, Fechner, Gingele, Gohl, Goßmann Grobe, Grünwald Gutt, Haas, Harm, Herve, Hillenbrand, Hochschild, Hage, Holby, Hübscher Kiening, Klages, Klenke, Kohnen, König Kösters Lambrecht, Loske, Lundström Maes, Martens, Meissner, Metz, Miller, Miller, Nitsche, Oszko, Pankhurst, Rebhan, Reichert, Rex, Reynolds, Riewesell, Röd Rottmann,

Katarina Lothar Manfred Wolfgang Astrid Jutta Jürge Werner Notker Franz Karsten Hermann Hannes Tanja Julian Christian U rte Francisco Claus-Dieter Volker Ulrich Ola Christian Rainer Michael Martin Heinz Gerd Michael Astrid Werner Paul Volker Eric Hartmut Stefan Cornelia Heinz (Fahrtleiter) Hubert Frank-Oliver Laszlo Robert John Helge Christian Markus Rick Christian

Eric

AMC DLR AWI AWI AWI AWI HSW HL T&S/AWI AWI AWI AWI IPGF AWI AWI AWI AWI BFA DGUC AWI FGB AWI AWI AWI DLR AWI FGB AWI FGB AWI AWI IGUM HSW RCMG I AWI AWI IPGF AWI AWI, IGUM AWI AWI B AS AWI BGR I AWI IBG usc HWS SWA AWI

Sasse, Schiel, Schreiber, Sonnabend, Stambler, Starmans, Thomas, Tryggvason, Vanneste, Viehoff, Weigelt, Weigelt, Willers, Wunderte, Zimmer,

auf Georg-von-Neumayer:

Baum, Foken,

Ernst Siegrid Detlef

Noga Andreas David Neville Ari Kris Thomas Estella Marietta Thomas Stefan Alfons Max

Winfried Thomas

ZDF AWI HSW ,SWA AWI AWI AWI AWI RCMG 1 AWI AWI AWI AWI ZDF IPGF DLR

MOP MOP

9.5 Schiffs~ersonal/Ships Crew

Kapitä 1. Offizier Naut. Offizier Naut. Offizier zus. Naut. Offizier Arzt Ltd. Ingenieur 1. Ingenieur 2. Ingenieur 2. Ingenieur Elektriker Elektroniker Elektroniker Elektroniker Elektroniker Funkoffizier Funkoffizier Maschinenwart Maschinenwart Maschinenwart Maschinenwart Maschinenwart Zimmermann Lagerhalter Bootsmann Matrose Matrose Matrose Matrose Matrose Matrose Matrose Matrose Koch Kochsmaat Kochsmaat 1. Steward Stewardess/Krankenschwester Steward(ess) Steward(ess) Steward(ess) Wäschere Wäschere Wäschere

C. Allers M. Mülle U. Grundmann M. Rodewald St. Spielke C. Wahn V. Schulz G. Erreth R. Fengler 0. Ziemann G. Schuster U. Lembke H. Muhle J. Roschinsky A. Greitemann-Hack1 K. H. Wanger H. Geiger Arias Iglesias E. Carstens U. Husung E. Heurich G. Dufner H. Brunotte K. Mülle R. Zulauf M. Reitz J. Soage Curra M. Winkler J. Pousada Martinez L. Gil Iglesias B. Iglesias Bermudez K. Bindernagel H. Thilsmann H.J. Schäfe H. Huenecke M. Yavuz H. Vollmeyer S. Hoffmann B. Hildebrandt B. Amran M. Hoppe J. Tu Ch. L. Wu Ch. Yang

Folgende Hefte der Reihe ,,Berichte zur Polarforschung" sind bisher erschienen;

* Sonderheft Nr. 1/1981 - ,,Die Antarktis und ihr Lebensraum" Eine Einführun fü Besucher - Herausgegeben im Auftrag von SCAR Heft Nr. 1/1982 - ,,Die Filchner-Schelfeis-Expedition 1980181" zusammengestellt von Heinz Kohnen Heft Nr. W1982 - ,,Deutsche Antarktis-Expedition 1980181 mit FS ,Meteor'" First International BIOMASS Experiment (FIBEX) - Liste der Zooplankton- und Mikronektonnetzfäng zusammengestellt von Norbert Klages Heft Nr. 311982 - ,,Digitale und analoge Krill-Echolot-Rohdatenerfassung an Bord des Forschungs- Schiffes ,Meteor'" (im Rahmen von FIBEX 1980181, Fahrtabschnitt ANT III), von Bodo Morgenstern Heft Nr. 411982 - ,,Filchner-Schelfeis-Expedition 1980181 " Liste der Planktonfäng und Lichtstarkemessungen zusammengestellt von Gerd Hubold und H. Eberhard Drescher

* Heft Nr. 511982 - "Joint Biological Expedition on RRS 'John Biscoe', February 1982" by G. Hempel and R. B. Heywood

* Heft Nr. 6/1982 - ,,Antarktis-Expedition 1981/82 (Unternehmen ,Eiswarte')" zusammengestellt von Gode Gravenhorst Heft Nr. 7/1982 - ,,Marin-Biologisches Begleitprogramm zur Standorterkundung 1979180 mit MS ,Polar- sirkel' (Pre-Site Survey)" - Stationslisten der Mikronekton- und Zooplanktonfäng sowie der Bodenfischerei zusammengestellt von R. Schneppenheim Heft Nr. 8/1983 - "The Post-Fibex Data Interpretation Workshop" by D. L. Cram and J.-C. Freytag with the collaboration of J. W. Schmidt, M. Mall, R. Kresse, T. Schwinghammer Heft Nr. 9/1983 - "Distribution of some groups of zooplankton in the inner Weddell Sea in summer 1979180" by I. Hempel, G. Hubold, B. Kaczmaruk, R. Keller, R. Weigmann-Haass Heft Nr. 10/1983 - ,,Fluor im antarktischen Ökosystem - DFG-Symposium November 1982 zusammengestellt von Dieter Adelung Heft Nr. 11/1983 - "Joint Biological Expedition on RRS 'John Biscoe', February 1982 (11)" Data of micronecton and zooplankton hauls, by Uwe Piatkowski Heft Nr. 12/1983 - ,,Das biologische Programm der ANTARKTIS-I-Expedition 1983 mit FS ,Polarstern'" Stationslisten der Plankton-, Benthos- und Grundschleppnetzfäng und Liste der Probennahme an Robben und Vögeln von H. E. Drescher, G. Hubold, U. Piatkowski, J. Plotz und J. VoÃ

* Heft Nr. 13/1983 - ,,Die Antarktis-Expedition von MS ,Polarbjörn 1982183" (Sommerkampagne zur Atka-Bucht und zu den Kraul-Bergen), zusammengestellt von Heinz Kohnen

* Sonderheft Nr. W1983 - ,,Die erste Antarktis-Expedition von FS ,Polarstern' (Kapstadt, 20. Januar 1983 - Rio de Janeiro, 25. Mär 1983)", Bericht des Fahrtleiters Prof. Dr. Gotthilf Hempel Sonderheft Nr. 3/1983 - ,,Sicherheit und überlebe bei Polarexpeditionen" zusammengestellt von Heinz Kohnen Heft Nr. 1411983 - ,,Die erste Antarktis-Expedition (ANTARKTIS I) von FS ,Polarstern1 1982183" herausgegeben von Gotthilf Hempel Sonderheft Nr. 4/1983 - "On the Biology of Krill Euphausia superba" - Proceedings of the Seminar and Report of the Krill Ecology Group, Bremerhaven 12.-16. May 1983, edited by S. B. Schnack Heft Nr. 15/1983 - "German Antarctic Expedition 1980181 with FRV 'Walther Herwig' and RV 'Meteor"' - First International BIOMASS Experiment (FIBEX) - Data of micronekton and zooplankton hauls by Uwe Piatkowski and Norbert Klages Sonderheft Nr. W1984 - "The observatories of the Georg von Neumayer Station", by Ernst Augstein Heft Nr. 16/1984 - "FIBEX cruise zooplankton data" by U. Piatkowski, I. Hempel and S. Rakusa-Suszczewski Heft Nr. 17/1984 - ,,Fahrtbericht (cruise report) der ,Polarstern'-Reise ARKTIS I, 1983" von E. Augstein, G. Hempel und J. Thiede Heft Nr. 18/1984 - ,,Die Expedition ANTARKTIS II mit FS ,Polarsternc 1983184", Bericht von den Fahrtabschnitten 1 , 2 und 3, herausgegeben von D. Futterer Heft Nr. 19/1984 - ,,Die Expedition ANTARKTIS II mit FS ,Polarstern' 1983184", Bericht vom Fahrtabschnitt 4, Punta Arenas-Kapstadt (Ant-1\14), herausgegeben von H. Kohnen Heft Nr. 2011984 - ãDi Expedition ARKTIS II des FS ,Polarstern' 1984, mit Beiträge des FS ,Valdiviar und des Forschungsflugzeuges ,Falcon 20' zum Marginal Ice Zone Experiment 1984 (MIZEX)" von E. Augstein, G. Hempel, J. Schwarz, J. Thiede und W. Weigel